患者來源性腫瘤類器官（PDOs）是一種前景廣闊的臨床前模型，它可以提供患者腫瘤的組織學、基因表達和藥物反應信息。目前，PDOs的培養依賴于小鼠腫瘤基底膜提取物（BME，一種3D細胞培養的“金標準”水凝膠），但BME有著批次間差異、存在異種化合物和殘留生長因子以及力學性能控制不佳的缺點，這會降低BME的可靠性。另外，在利用患者來源的異種移植物類器官（PDXOs）開發新的類器官時，培養基中的小鼠宿主細胞會在數量上淹沒人類類器官，這也是一個嚴重的問題。因而，類器官模型的研究和應用迫切需要一種新的、能夠克服上述缺點的培養基。 最近，加拿大多倫多大學等研究機構的研究人員在Nature Communications上發表了將一種納米纖維水凝膠（EKGel）用于乳腺癌PDOs的形成和生長的論文，驗證了EKGel可以作為乳腺癌PDOs的培養中的基質。

性質比較

EKGel由一個纖維網絡組成（圖1b），類似于體內腫瘤細胞外基質中的膠原蛋白結構，是可以用明膠和棒狀醛修飾纖維素納米晶體（a-CNCs）合成的一種仿生酶凝膠，與BME（圖1c）相比，EKGel中的孔隙明顯更大，這增強了營養物質對流的能力。此外，EKGel的共價交聯還增強了水凝膠的穩定性。

圖1 EKGel和BME水凝膠的結構和性質差異

生長情況

研究人員分別采用EKGel和BME作為基質開展PDOs培養實驗，兩者中的PDOs都能生長成外觀相似的球形類器官（圖2（a-f））。通過計算連續4代細胞的數目，可以檢測EKGel和BME的細胞增殖情況，并監測類器官直徑和細胞增殖的時間變化（圖2（g-i））。計算結果表明在EKGel和BME中生長的PDOs的直徑在統計學上無差異，EKGel水凝膠是適合乳腺癌PDOs的長期傳代和維持的。

圖2 EKGel和BME中乳腺癌PDOs的生長情況

基因表達情況 為了評估在EKGel和BME基質中生長的PDOs之間基因表達情況，研究者從基因層面分析了在兩者中生長的PDOs之間區別，對每種條件下的細胞進行了RNA測序，結果顯示，在兩種不同生長基質中PDOs的基因表達，僅有6個基因存在顯著差異（圖3b），其它基因的表達具有高度一致性。

圖3 EKGel和BME中PDOs的基因表達分析

藥物反應情況

為了探索EKGel和BME中生長的類器官品系對常用乳腺癌藥物（馬球蛋白、紫杉醇和阿霉素等）的化學敏感性，研究人員進行了體外藥物分析。結果表明， EKGel和BME中的腫瘤均對紫杉醇等抗癌藥物有反應，表現出明顯的腫瘤生長抑制效果，此外，紫杉醇治療的EKGel-腫瘤和BME-腫瘤的生長速率相似，這表明抗癌藥物在兩種培養基中具有相似的藥效。

圖4EKGel和BME中的乳腺腫瘤類器官對抗癌藥物的反應 類器官的形成情況 低形成率是癌癥PDOs培養的一個重要難題，開發可以提高形成率的新基質將促進該領域的發展。因此，研究人員探索了在EKGel中形成乳腺癌PDOs和PDXOs的潛力，發現在EKGel和BME中，PDOs的形成率是相同的（圖5a），但是PDXOs在EKGel中成功形成，卻沒有在BME中形成（圖5d-e），這說明在兩種基質中，PDXOs的形成存在顯著差異，EKGel有提升形成率的潛力。

圖5EKGel和BME中的類器官形成率 總體而言，研究人員開發了一種新型EKGel，用于有效形成和擴增乳腺癌PDOs，研究發現，EKGel有作為這些類器官類型支架的潛力，使體外模型能夠捕獲患者自身和患者間的異質性，并可用于開發個性化的癌癥治療手段。隨著對EKGel這種新型生物材料研究的深入，將可能實現對不同乳腺癌和其他癌癥類型的類器官的精細建模，并準確預測對不同藥物類別的臨床反應。 論文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-28788-6

審核編輯 ：李倩