摘要：首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心保肇实团队开发了一种具有微环境的神经胶质瘤类器官的新方法，为胶质瘤研究和药物筛选提供了有效的体外平台。
神经胶质瘤是一种恶性程度高、预后差的脑肿瘤。由于难以在体外培养模型中准确模拟肿瘤的细胞组成和微环境，其临床应用受到限制。
首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心保肇实团队开发了一种具有微环境的神经胶质瘤类器官的新方法，为胶质瘤研究和药物筛选提供了有效的体外平台。
文章介绍
题目：一种保留胶质瘤微环境的新型类器官模型，用于个性化药物筛选和治疗评估
期刊：Bioactive Materials
影响因子：20.3
发表日期：2025年7月
#1
研究背景
Background
胶质瘤是最常见的侵袭性强的恶性脑肿瘤。尽管放疗和化疗取得了进步，但胶质瘤患者的5年生存率仍然很低。缺乏准确复制人类神经胶质瘤肿瘤微环境和细胞异质性的实验模型，限制了人们对疾病机制的理解和开发有效疗法。
目前的实验模型包括细胞系、患者来源的细胞系（PDC）和患者来源的肿瘤异种移植物（PDTX）。然而，细胞系无法代表原始肿瘤的复杂性；PDC过于简单化，缺乏肿瘤组织的结构和生理特征；PDTX模型的建立耗时，成功率低，且无法复制免疫系统。
目前，患者来源的肿瘤类器官已成为有前途的三维体外系统，可以在短时间内从小组织样本中建立，同时保留原始肿瘤的组织病理学和基因组特征。
已经利用肿瘤组织或诱导多能干细胞（iPSC）开发出了几种胶质母细胞瘤的类器官模型，但这些类器官模型仍无法完全复制体内肿瘤微环境，限制了它们在研究胶质母细胞瘤中的效用。迄今为止，尚未开发出可以在类器官模型中完全保留胶质母细胞瘤微环境的方法。
#2
研究方法
Methods
首先通过将机械切碎的新鲜肿瘤组织直接接种到低生长因子基质胶中，并在不含额外生长因子（如EGF和bFGF）的无血清培养基中培养生成神经胶质瘤类器官（GlioME），或利用切碎的肿瘤组织不解离成单个细胞，培养生成漂浮的胶质瘤类器官（FG）。
通过全面的组织学、分子和遗传学分析证实，这些类器官与原始肿瘤的组织学、基因组和分子以及免疫微环境的相似性。最后，还评估了GlioME对免疫治疗、化疗和靶向治疗的反应。
#3
研究结果
Results
1. 患者来源的神经胶质瘤类器官的培养和表征
利用来自多种神经胶质瘤亚型的患者的新鲜肿瘤组织成功建立类器官培养物GlioME，涵盖了三种神经胶质瘤亚型和不同的WHO等级；还使用机械组织片段培养与每个样品配对生成了FG。
类器官在培养1-2周后形成稳定的形态。生长活性较高的类器官往往呈球形，而FG表面更光滑。GlioME细胞沿基质凝胶延伸形成触手状结构，反映了神经胶质瘤细胞在体内的侵袭性生长特征（图1c）。
图1 FG和GlioME的建立和形态学表征。
在转染携带GFP的慢病毒后，类器官内细胞间的相互作用比二维培养中看到的更复杂（图1d）。SEM图像表明，GlioME类器官的成分具有更强的异质性，保留了肿瘤相关的巨噬细胞，并显示了细胞分泌的外泌体（图1e）。
FG和GlioME的免疫荧光染色显示，Ki-67在增殖细胞中表达高，GFAP在神经胶质细胞中广泛表达（图S1d）。这些观察表明，类器官保留了原始肿瘤的特征，并反映了类器官内的细胞异质性。
图S1 神经胶质瘤类器官培养模型的比较：FG和GlioME。
2. 胶质瘤类器官与原肿瘤的组织学和免疫组织化学比较
培养两周后，使用两种方法培养的三种不同神经胶质瘤亚型的HE染色结果显示，胶质母细胞瘤中FG和GlioME在形态学上相似，但IDH突变型神经胶质瘤存在一定差异。
在IDH突变星形细胞瘤中，GlioME更好地保留了细胞的特征，而FG相对较大，显示出大量增殖的颗粒细胞，这可能是因为IDH突变神经胶质瘤细胞的增殖速度较慢。
在胶质母细胞瘤中，两种培养方法的类器官都保留了异常核分裂、肿瘤细胞异质和细胞排列密集的特征，导致分布模式混乱（图2a）。
图2 神经胶质瘤类器官异质性组织学和肿瘤微环境特征的保存。
随后，使用特异性抗体标记比较原始肿瘤组织和神经胶质瘤类器官中的关键肿瘤标志物。FG和GlioME表现出与配对亲本肿瘤（如IDH和GFAP）相似的标记物染色模式，两种类器官中都存在肿瘤浸润血管内皮细胞，且都保留了相当比例的活跃增殖细胞，保持了与亲本肿瘤相似的增殖率（图2b）。
图2 神经胶质瘤类器官异质性组织学和肿瘤微环境特征的保存。
3. 神经胶质瘤类器官的基因组分析和分子一致性
使用批量RNA测序、全外显子组测序和DNA甲基化分析比较了类器官和亲本肿瘤之间的基因组一致性，验证类器官是否保留了亲本肿瘤的遗传特征。结果发现，两种类器官和原始肿瘤组织的RNA-seq结果显示出高度相关性。肿瘤相关基因聚类分析结果表明，同一患者的组织和类器官具有特异性聚类。
GlioME和亲本肿瘤样本的全外显子组测序揭示了神经胶质瘤中常见的CNV和单核苷酸突变。GlioME成功地保留了亲本肿瘤的突变基因，在亲本肿瘤中观察到的大多数CNV保留在类器官中；GlioME和亲本肿瘤的突变谱显示出大约76.7%的相似性。
类器官和肿瘤组织中DNA甲基化水平的主成分分析表明，来自三种少突胶质细胞瘤的肿瘤组织和GlioME聚集在一起，且同一亚型内观察到的相似性更高。肿瘤中的DNA甲基化模式和来自同一患者的GlioME显示出高度的相似性。
综上所述，体外培养的GlioME有效保留了原始肿瘤的基因组、转录组和DNA甲基化模式。
4. 胶质瘤类器官的免疫微环境保护
分析批量RNA测序数据，并使用Cibersort-ABS算法来解卷积亲代肿瘤和类器官中的免疫细胞组分。结果发现，肿瘤相关的巨噬细胞在神经胶质瘤中占最大比例，并且在培养两周后，GlioME更好地保留了原始肿瘤组织的细胞组成。
2周后的免疫荧光染色结果显示，来自同一患者的两种类器官中，GlioME中保留的巨噬细胞数量显著高于FG中的数量。此外，流式细胞术结果显示，GlioME中CD45+/CD68+巨噬细胞的数量约为FG中的两倍（图3b）。
图3 与FG相比，GlioME中巨噬细胞的保留增强。
使用ssGSEA算法来评估T细胞相关基因的表达水平，结果发现GlioME的基因表达与亲本肿瘤的基因表达更接近。T细胞标志物IFNG、FOXP3、GZMA和GZMH的基因表达水平的分析证实了这一观察结果。
此外，GlioME比FG保留更多的CD4+T细胞，CD8+T细胞和CD45+/CD3+细胞，表明T细胞更难以保留在FG中（图4c）。GlioME保留了来自肿瘤组织的原始免疫细胞，可以有效保存肿瘤的免疫微环境特征。
图4 与FG相比，GlioME中T细胞的保留性增强。
5. GlioME药物筛选及临床应用
选择培西达替尼（靶向M2巨噬细胞的CSF1R抑制剂）、替莫唑胺（用于胶质瘤治疗的主要化疗）和伯瑞替尼（MET抑制剂），来评估GlioME对免疫疗法、化疗疗法和靶向疗法的反应。
对培养两周并用1 μM培西达替尼处理6天的类器官进行免疫荧光染色。结果显示巨噬细胞数量显著减少，流式细胞术进一步证实CD206+巨噬细胞的比例减少（图5a）。
图5 GlioME作为个性化药物筛选的强大临床前模型。
对来自同一患者的类器官进行药物敏感性测试，并用AO/PI染色评估细胞活力和死亡。结果显示出明显的剂量-反应梯度，表明替莫唑胺有效地渗透类器官并发挥其治疗作用（图5c）。
图5 GlioME作为个性化药物筛选的强大临床前模型。
对来自六名患者的GlioME进行了药物敏感性筛选，并且拟合的剂量-反应曲线显示了不同患者对替莫唑胺和伯瑞替尼的敏感性的差异。
研究还发现，患有复发性左额叶IDH突变星形细胞瘤的患者（CNS WHO 4），对伯瑞替尼的敏感性比替莫唑胺更高。患者随后用伯瑞替尼治疗两个月。治疗后3个月的MRI图像显示，伯瑞替尼取得了显著的临床反应，残留的增强病变消失，T2花纹病变减少，随着症状缓解，导致完全缓解。荧光原位杂交分析显示，患者中MET扩增，这可能解释了他们对伯瑞替尼的敏感性（图5g）。
图5 GlioME作为个性化药物筛选的强大临床前模型。
结论
综上所述，GlioME可以在体外保留亲本胶质瘤微环境，并准确地测试各种治疗药物。该研究验证了GlioME在培养中保持稳定性至少两周的能力，为进一步的实验提供了坚实的基础。
这种方法不仅为胶质瘤的基础研究提供了重要的工具，还有助于制定个性化的治疗方案。未来，需要继续优化和扩展这项技术，以推动胶质瘤相关研究和临床治疗的进步。
该类器官模型将用于进一步表征肿瘤微环境中的动态变化，探索免疫细胞（如T细胞和巨噬细胞）在肿瘤杀伤中的作用，并评估这些细胞对不同治疗方案的反应。
参考文献
Zheng C, Wang P, Zhang D, Fang Z, Feng Y, Chen J, Chen J, Fu Y, Yang B, Yu S, Min L, Xiao B, Xing C, Yang Y, Wang J, Zou D, Ning S, Liu T, Yan J, Zhao Q, Sun F, Chen Q, Zhang Y, Jiang T, Zheng L, Bao Z. A novel organoid model retaining the glioma microenvironment for personalized drug screening and therapeutic evaluation. Bioact Mater. 2025 Jul 14;53:205-217. doi: 10.1016/j.bioactmat.2025.07.015.
来源：培养盒守护者