类器官:解锁肿瘤免疫研究的三维 “微缩战场”

类器官在解析上皮细胞 - 免疫细胞互作、探索免疫系统在肿瘤微环境中的作用方面具有独特价值。在肿瘤免疫研究中,类器官突破了传统模型局限 —— 既克服了肿瘤细胞系缺乏异质性的问题,又解决了异种移植模型无法复现人类免疫系统的缺陷,为肿瘤免疫机制解析与免疫治疗研发提供了全新工具

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一、引言

自 2009 年荷兰 Hans Clevers 团队成功构建小鼠肠道类器官以来,这一能模拟体内器官结构与功能的三维模型,迅速成为生命科学领域的研究焦点。2019 年《Nature Reviews》发表的《Organoids in immunological research》综述明确指出,类器官在解析上皮细胞 - 免疫细胞互作、探索免疫系统在肿瘤微环境中的作用方面具有独特价值。在肿瘤免疫研究中,类器官突破了传统模型局限 —— 既克服了肿瘤细胞系缺乏异质性的问题,又解决了异种移植模型无法复现人类免疫系统的缺陷,为肿瘤免疫机制解析与免疫治疗研发提供了全新工具。
       

二、类器官的核心特征与肿瘤研究适配性

        

(一)类器官的生物学属性

类器官是由多能干细胞或成体干细胞在体外自发形成的三维细胞聚集体,核心优势体现在:

   

结构与功能模拟性:可复现起源器官的典型架构(如肠道类器官的腺窝 - 绒毛结构),并保留功能细胞类型(如吸收细胞、免疫细胞),同时具备部分生理功能(如分泌细胞因子、表达特异性表面标志物);

微环境兼容性:能整合免疫细胞、基质细胞等非上皮成分,构建接近体内真实情况的 “肿瘤 - 免疫” 微环境;

稳定性与可及性:可长期体外培养(部分传代超 20 代),且能从患者肿瘤组织直接构建,保留肿瘤遗传特征与异质性。

      

(二)肿瘤免疫研究中的类器官类型

目前应用最广泛的是上皮来源肿瘤类器官,包括结直肠肿瘤类器官(保留 APC、KRAS 等突变)、肺肿瘤类器官(涵盖非小细胞肺癌等亚型)、乳腺肿瘤类器官(复现导管癌结构)及胃肿瘤类器官(适用于幽门螺杆菌相关肿瘤研究),为不同癌种的免疫研究提供针对性模型。
       
   

三、类器官在肿瘤免疫研究中的两大核心应用策略

                

(一)整体培养策略:保留内源性免疫细胞的 “原生微环境” 模型

整体培养从肿瘤组织直接构建类器官,自然保留内源性免疫细胞(如肿瘤浸润淋巴细胞 TILs、肿瘤相关巨噬细胞)与基质细胞,最大程度还原肿瘤微环境原始状态。

 

乳腺肿瘤类器官与 Vδ2+T 细胞互作:2016 年研究构建保留上皮内淋巴细胞的乳腺类器官,经氨基双膦酸盐处理后,类器官内 Vδ2+T 细胞被激活并分泌 IFN-γ,高效杀伤乳腺肿瘤细胞,首次证实类器官可解析 γδT 细胞抗肿瘤机制;

微流控芯片中的 MDOTS/PDOTS 模型:2018 年研究构建小鼠源性(MDOTS)与患者源性(PDOTS)肿瘤球体,MDOTS 可复现体内对 PD-1 抑制剂的应答或耐药,PDOTS(如黑色素瘤来源)经抗 PD-1 治疗后,能检测到 CCL19、CXCL13 等耐药相关细胞因子,为标志物筛选提供依据;

气液界面培养的复杂类器官:近期技术可从结直肠、肺肿瘤构建类器官,30 天内稳定维持多种免疫细胞(CTL、TH 细胞、NK 细胞等)及 TCR 异质性,经免疫检查点阻断后,可观察到肿瘤抗原特异性 T 细胞增殖与肿瘤杀伤,完美模拟体内免疫应答。

             

(二)简化共培养策略:精准解析免疫细胞 - 肿瘤互作的 “组装模型”

简化共培养将肿瘤类器官与体外分离的特定免疫细胞(如 DC 细胞、CTL 细胞、CAR-NK 细胞)共培养,聚焦单一细胞互作机制,适合免疫治疗验证。

 

胃肿瘤类器官与 DC-CTL 三重共培养:从转基因小鼠构建胃肿瘤类器官,与 DC、CTL 细胞在 PD-L1 抑制剂存在下共培养,仅肿瘤类器官组出现显著死亡,证实 DC 抗原提呈与 CTL 杀伤的协同作用;

高突变负荷类器官与 PBMC 共培养:将结直肠癌、非小细胞肺癌类器官(高突变负荷)与自体外周血单个核细胞(PBMCs)共培养,肿瘤类器官通过呈递新抗原激活 T 细胞,扩增的 CTL 特异性杀伤肿瘤类器官,对正常类器官无影响;

CAR-NK 细胞活性验证:构建靶向 HER2、EGFRvIII 的 CAR-NK 细胞,与相应抗原阳性肿瘤类器官共培养,EGFRvIII 特异性 CAR-NK 可高效杀伤肿瘤类器官,而靶向 FZD 的 CAR-NK 对正常类器官也有杀伤,为靶点安全性评估提供依据。

        

四、总结与展望

类器官通过 “整体培养复现原生微环境、简化共培养精准解析机制”,在肿瘤免疫研究中展现出不可替代的价值,既填补了传统模型空白,又为免疫治疗研发提供了可靠的体外平台。未来,随着血管化类器官构建、微流控动态培养等技术的优化,以及多组学(单细胞测序、空间转录组)的整合,类器官将更精准复现肿瘤免疫微环境,推动个性化肿瘤免疫治疗的发展。

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