类器官与球状体：模型特点及肿瘤药物研究应用

专业问答

类器官和球状体分别指什么？

球状体（spheroid）通常强调细胞在三维空间聚集形成团块；类器官（organoid）则强调细胞形成与某种组织相关的结构和功能。二者在细胞来源和三维培养形式上存在重叠。阅读研究时，细胞来源、形成过程和功能证据比名称本身更能说明模型特点。

球状体也有不同来源：由既有细胞系形成的多细胞团、由肿瘤组织分散后培养的细胞团，以及保留较多原组织组成的组织型结构，其细胞异质性和可用时间不相同。类器官中，来源于多能干细胞和成体组织的体系，在形成过程、细胞组成及成熟程度上存在区别。

常见球状体通过低黏附培养、悬滴或其他促使细胞聚集的方式形成。随着团块长大，营养和氧的分布可能产生梯度，不同区域的增殖和存活状态随之变化。这些特征使球状体适合研究药物渗透、细胞间作用及三维环境中的药物响应。

类器官培养通常围绕组织来源细胞或干细胞的生长、分化与自组织展开，通过适合相应组织的培养条件，保留或形成部分组织结构和功能。患者来源肿瘤类器官还可用于建立活体样本库，把药物响应与样本的遗传或组织学特征联系起来。

不同领域的命名习惯也有差异。2022 年 Nature 发表的神经系统模型命名共识强调，类器官中的细胞在同一培养体系内相互作用、共同经历发育过程，并形成有组织的三维结构；这与把分别诱导分化的细胞再混合成三维培养物有所区别。该共识针对神经系统模型。

悬滴法利用小体积液滴中的细胞聚集，低黏附培养则减少细胞贴壁，使其在孔内形成三维团块。起始细胞数、细胞黏附能力和培养条件会影响尺寸与形态。

成体上皮来源类器官通常依赖基质与组织特异的培养因子维持生长，多能干细胞来源体系则经历多阶段分化。一部分分化体系保留偏早期发育的特征，因此来源和培养时程直接影响适用问题。研究成人药物反应时，需要把这些模型特征与目标组织的功能联系起来。

选择取决于需要保留哪些生物学特征。若主要比较候选药物在三维细胞团中的活性，规模化的球状体体系可以用于这类比较；若研究重点是不同患者样本的响应，或响应与原组织特征的联系，患者来源类器官可提供另一类研究材料。

两类模型都可以用于药物敏感性研究。实验比较还需对齐给药时间、培养条件、模型大小和检测指标。细胞活力下降、结构变化、药物进入团块以及特定功能改变，分别提供不同信息。

药物筛选的检测方式也影响选择。细胞活性测量适合比较一定条件下的生存或增殖变化，形态与尺寸观察可补充三维结构信息，基因和转录数据则用于分析响应差异。在三维培养中，药物进入组织、基质影响和每孔细胞量仍要纳入实验设计。

综述列举了把药物测试与遗传特征结合的实例：在 22 例结直肠癌来源类器官及相邻正常组织模型中，85 种药物筛选发现了基因改变与药物反应的联系，例如 TP53 功能缺失与 MDM2 抑制剂耐受、KRAS 突变与西妥昔单抗耐受。这类实验把患者材料中的功能反应与分子标志物联系起来。

综述报道，一项由治疗前直肠癌活检建立 80 个类器官的研究，把体外药物或放疗反应与术后肿瘤退缩评分比较，报告受试者工作特征曲线下面积为 0.88、准确率为 84%。

如果药物作用涉及免疫细胞、成纤维细胞或血管环境，应确认这些组成是否实际存在于模型中。对于肿瘤类器官和多细胞球状体，细胞的来源、比例及相互作用关系到模型能呈现哪些微环境特征。

上皮类器官的免疫和间质成分与培养方式有关。综述讨论了两条补充路径：将建立后的肿瘤类器官与匹配免疫细胞共同培养，或采用能保留原有组织细胞的培养方式。免疫细胞是否仍具有活性、参与什么反应，决定这类体系能否用来研究免疫相关药物。

类器官也可放入微流控装置，由设备提供灌流或组织间界面。类器官提供生物组织，器官芯片增加可控制的环境。组合后的体系仍需说明各部分怎样影响药物接触、组织存活及检测结果。

可以先明确需要哪种组织或疾病背景、哪些细胞组成、是否需要患者差异，再确定核心测量终点。筛选多个候选药物、比较多个患者样本和追踪一项组织功能，所需模型与实验规模可能不同；选择应围绕这些需求展开。

随后比较建模成功率、培养周期、批次差异和检测适配性，并确认这些条件是否能支撑预定比较。类器官与球状体可按研究目的选用、组合和进一步改造；判断模型时，应结合其名称、实际构建方式和功能资料。

用于长期研究时，扩增、冻存恢复和连续传代同样重要。类器官库能保存不同患者材料，为重复药物测试和遗传比较提供基础，但长时间培养可能改变细胞组成和克隆比例。回到原始肿瘤或正常组织核对关键特征，有助于判断当前实验材料仍保留哪些原组织特征。

基质本身也是差异来源。综述指出，常用动物来源细胞外基质的成分存在批次变化，可能影响可重复性；成分更明确的材料仍在发展。若用于个体用药研究，建模及筛选还必须在临床可用的时间内完成，并验证药物反应预测的稳定性。