同一种类器官,比较三种给药条件

赫尔辛基大学(University of Helsinki)等机构在 Cell Reports Methods 报道一套患者肿瘤芯片。团队将类器官放入顶部开放的培养室,让化疗药物经下方通道进入,并比较有无内皮屏障时的作用。

静态参照在 384 孔板中直接向类器官加药;第二种条件通过流动通道给药;第三种条件在通道中加入内皮单层,使药物先跨过屏障再到达肿瘤。团队以此比较直接加药与模拟血管递送的化疗反应。

研究使用 AKITA 开放式平台,包括早期 PDMS 原型和全塑料版本。全塑料版本每板支持 32 个独立测试单元,通过摇动产生流动;类器官和下方通道之间设有 PET 多孔膜。

类器官取自肺和胰腺肿瘤手术组织,先在 Matrigel 中扩增。主要药物实验在芯片中培养约 7 天,形成类器官和内皮后开始;标准孔板参照则有独立的培养时程,研究分别记录两套流程。

内皮来源影响屏障的通透性

团队先比较脐静脉、肺微血管和肠微血管来源的内皮细胞。培养约 4–5 天后形成单层,各组对荧光葡聚糖的通透性不同;本次条件下,脐静脉内皮形成的屏障最紧密,肠微血管内皮的通透性较高。

TNF-α 等炎症刺激改变内皮形态、VCAM1 表达和屏障通透性。团队随后选用表现较稳定的脐静脉内皮进行主要药物试验,同时在讨论中提出,未来需要加入更接近患者肿瘤血管特征的细胞。

通透性评价分别采用 4 和 70 kDa 示踪物,结合受体室浓度计算表观通透系数。VCAM1 与内皮形态则通过图像分割量化,用于判断炎症刺激是否改变屏障状态及细胞间接触。

部分模型经通道给药后更难被化疗杀伤

肺癌类器官采用卡铂与培美曲塞,胰腺癌类器官采用吉西他滨。给药 72 小时后,部分模型在流动通道条件下存活比例高于静态参照,加入内皮屏障后这一差别进一步增加。

不同患者模型的变化幅度并不一致。ORG55 和 PO126T 等模型的递送差别较明显,其他模型则表现出不同的剂量反应。研究期间,所用化疗条件没有明显破坏内皮单层的存活与通透性。

药效通过细胞存活染色及 ATP 等方式检测。开放式培养室还允许团队取回处理后存活的细胞,继续分析其表达和代谢相关变化。

成像分析将绿色存活区域与红色死亡区域分别分割,再计算两者面积关系,相对同模型的溶剂参照归一化。这一方法允许在同一开放室内保留三维结构,观察给药后哪些区域仍然存活。

5 个胰腺癌模型与患者随访作回顾性对照

团队把 5 个胰腺癌类器官的吉西他滨反应与对应患者资料比较。另有其中 3 个模型用于含内皮屏障的条件。体外浓度围绕患者用药资料所推算的相关范围设置,并增加较低和较高浓度。

在约 3 μM 吉西他滨条件下,PO109T 和 PO121T 模型存活较高,其患者资料也记录了较差反应;PO117T、PO139T 和 PO126T 模型显示更强的体外药效,对应患者有不同程度的临床获益。

这些病例的后续经过也受到毒性、停药和疾病进展影响。例如 PO126T 患者曾有部分缓解,随后因肺毒性停药。作者据此提出扩大队列,进一步判断递送条件能为疗效预测提供多少补充信息。

在 PO126T 中,静态培养的药物反应在较低浓度时已接近饱和;经内皮递送时,反应则随浓度增加逐步增强。作者认为,这可能与药物到达组织的速度和程度有关,并提出进一步研究递送条件对浓度—反应关系的影响。

流动培养改变代谢与药物相关表达

单细胞分析使用一个肺癌模型和一个胰腺癌模型,比较静态和无内皮的流动培养。未给药时,流动组氧化磷酸化、脂肪酸代谢相关表达较高,糖酵解和缺氧相关程序较低。

化疗后,肺癌模型中 NRF2 和 TEAD1 相关调控活性增加,流动条件下部分变化更明显;胰腺癌模型的反应不同。多种可被药物靶向的基因,其表达也随培养条件改变。

作者将这些结果作为后续机制实验的线索,计划检测相应蛋白及功能,进一步研究细胞如何适应流动培养和化疗。

TEAD1 的调控活性和相关基因集在肺癌流动培养中增加,胰腺模型没有同样明显的变化。YAP1 转录量在处理后下降;作者提出进一步检测蛋白的定位、表达和活性,检验 YAP1/TEAD1 在药物反应中的作用。

肺癌与胰腺癌模型的单细胞分布和代谢/信号通路比较,显示静态与流动培养差异。
静态与微流控培养中的肿瘤单细胞表达及通路比较(Kremneva et al., 2026,Fig. 5)。(Elena Kremneva et al. / Cell Reports Methods, 2026, Figure 5;CC BY 4.0)窄屏可横向滑动查看完整图表。

免疫迁移是另一个独立测试模块

论文还在没有内皮屏障的条件下研究外周血单个核细胞向肿瘤类器官迁移。肺癌、胰腺癌与间皮瘤模型的基础募集表现不同,炎症相关处理后也出现不同反应。

当前平台主要用于短至中期观察。作者指出,小活检的细胞量、肿瘤异质性和长期肿瘤—免疫变化仍是应用中的问题,并提出增加基质细胞和更大患者队列。

来源与延伸阅读

  1. Precision tumor-on-chip for personalized assessment of drug efficacy and immune cell delivery. Cell Reports Methods (2026). ↗