肿瘤类器官与CAR-T细胞共培养模型在癌症治疗中的应用现状与优化建议
肿瘤类器官与CAR-T细胞共培养模型在癌症治疗中的应用现状与优化建议
随着癌症治疗领域的不断发展，肿瘤类器官与CAR-T细胞共培养模型正逐渐成为研究热点。这种模型不仅能够模拟肿瘤与免疫细胞之间的互动，还为个性化医学和新型治疗策略的探索提供了新的可能性。让我们一起探索这一前沿领域，了解如何利用肿瘤类器官与CAR-T细胞共培养模型来推动癌症治疗的创新发展！
肿瘤类器官是一种能够在组织学形态、基因组变异和特定标记物表达谱方面与原发肿瘤组织具有显著相似性的模型。它们被应用于药物筛选、基因编辑和癌基因鉴定等多个领域。
目前，固体肿瘤的CAR-T疗法仍处于探索阶段。肿瘤类器官相比其他常用的临床前模型在CAR-T疗法研究中具有独特优势，其中最关键的是能够保留原发肿瘤组织的生物学特性，对于早期固体肿瘤CAR-T疗法的研究至关重要。
尽管一些研究者已经使用这种共培养模型验证新型靶向CAR-T细胞，优化现有CAR-T细胞并探索联合治疗策略，但目前使用的共培养模型仍存在未开发的潜力。本文旨在介绍近年来肿瘤类器官和CAR-T细胞共培养模型的应用现状，并对当前共培养模型的局限性进行评述。同时，结合类器官技术的新进展，提出了共培养模型的优化建议，以帮助相关研究人员更好地利用共培养模型。
肿瘤类器官与CAR - T细胞共培养的基本模型
截至2020年6月，CAR-T治疗各种肿瘤的临床试验超过500项，且更多试验在开发中。开发实用、经济、现实的体外模型对早期CAR-T研究至关重要，其可以评估CAR-T细胞的抗肿瘤活性，探索作用机制，并加强结构设计。此外，个性化医学模型的临床需求增长，这些模型可用于预测CAR-T治疗疗效并确定治疗策略组合。肿瘤类器官共培养模型与原始肿瘤相似，是重要选择。浸没基质培养是类器官培养的经典方法，培养基成分根据肿瘤类器官类型调整，常见添加物促进干细胞生长、分化和自我更新。培养方法应根据肿瘤类器官的独特属性定制。基因突变可能影响添加剂性质，因此需基于遗传特征建立生长因子/通路抑制剂需求。在共培养模型中分析CAR-T细胞抗肿瘤活性，可通过凋亡标记、杀伤活性测定和相关细胞因子含量测定来评价（图1）。
图1
肿瘤类器官和CAR - T细胞共培养模型的应用现状
CAR-T疗法在血液系统恶性肿瘤中表现良好，但在实体肿瘤中疗效有限。因此，需要研究新靶点并构建临床前模型以评估CAR-T的疗效。肿瘤类器官模型为此提供了可行的解决方案。有研究者通过膀胱癌和胶质母细胞瘤的类器官模型验证了CAR-T细胞靶点的抗肿瘤作用，并设计了针对过表达MET的肿瘤的MET-CAR-T构建体，成功克服了耐药性。此外，B7-H3-CAR-T细胞在NSCLC类器官中显示出抗肿瘤活性，并可通过CCR2b表达穿透血脑屏障。
新靶点的发现拓宽了CAR-T治疗的潜在适用性，在此基础上优化CAR-T细胞以增强其杀伤效果至关重要。有研究者通过修饰CAR结构、筛选特定CAR-T细胞亚群以及禁用免疫检查点和抑制分子受体等多种途径进行优化。这些改进后的CAR-T细胞在肿瘤类器官模型中共培养实验中显示出更强的抗肿瘤效果，降低了肿瘤逃逸的可能性，为CAR-T疗法在实体肿瘤治疗中的应用提供了新策略。
在GBM中，CAR-T治疗因EGFRVIII靶点抗原逃逸而失败。有研究者通过修改CAR-T结构和使用IAP抑制剂birinapant来解决这一问题。Birinapant能激活NF-κB通路，增强CAR-T细胞的杀伤力和肿瘤细胞对CAR-T细胞分泌的细胞因子的敏感性，导致肿瘤细胞凋亡。在GBM类器官和EGFR VIII CAR-T细胞共培养模型中，birinapant表现出强大的肿瘤清除能力，有效限制抗原逃逸。这种将小分子药物与CAR-T疗法结合的策略为实体肿瘤免疫治疗提供了新思路。
肿瘤类器官作为CAR-T临床前模型的补充具有优势，但文献中关于其共培养模式的报道存在局限性。类器官质量受构建过程影响，需要真实反映原发肿瘤生物学特性。目前主要通过比较遗传物质变化来评估其保存情况。肿瘤微环境对CAR-T细胞杀伤能力至关重要，而类器官培养模型无法完全保存这一环境，导致对CAR-T细胞抗肿瘤作用的评价不够准确。此外，肿瘤血管组织对CAR-T细胞浸润效果有重要影响，现有文献中未充分模拟CAR-T细胞从血管迁移的过程，导致体外与体内实验结果差异。
CAR - T治疗研究中肿瘤类器官与其他临床前模型的比较
CAR-T治疗研究中常用的肿瘤模型有癌细胞系、PDTX和肿瘤类器官。这些模型各有优势，互为补充。在CAR-T治疗研究中，选择模型应遵循由简单到复杂的原则，体内和体外实验相辅相成。肿瘤细胞系虽缺乏异质性，但培养快速、经济实用，可用于早期验证CAR-T细胞的抗肿瘤作用。肿瘤类器官和PDTX在保存肿瘤原有特征和TME方面具有优势，可用于进一步验证疗效。因此，在选择模型时，应综合考虑其特点和实验需求。
肿瘤类器官与CAR - T细胞共培养模型的优化建议
肿瘤微环境(TME)是影响CAR-T疗法对实体肿瘤疗效的关键因素，其复杂性在缺乏TME的肿瘤类器官中无法充分展现。尽管已有研究尝试在类器官模型中引入TME，但这些方法仍无法完全模拟真实的TME。目前，研究者们提出了多种解决方案，如利用错配修复基因缺陷的肿瘤类器官与免疫细胞共同培养、开发气液界面培养法以及微流控三维培养方法等。这些方法在保存TME的同时，也模拟了体内肿瘤组织的复杂生理条件，为CAR-T治疗研究提供了更准确的模型。因此，重构或保存TME的共培养模型将成为未来CAR-T治疗研究的必然趋势。
CAR-T疗法治疗实体瘤的肿瘤患者常面临毒副作用，其中无靶点和肿瘤外毒性（OTOT）是主要关注点。然而，体外模型在评估CAR-T毒性时存在局限，以小鼠为代表的体内模型虽有所改进，但仍与人类差异显著。为解决这一问题，构建肿瘤类器官的多系统模型可能是一个解决方案。Skarda等人利用organon-a-chip平台构建了一个包含心脏、肺和肝类器官的类器官系统，以评估药物对整个器官的药理作用和毒性反应。系统器官芯片作为微流控三维培养的升级版，通过调节细胞排列和比例，重构器官内部系统的复杂性，提供更贴近身体的生理环境。
Nowak-Sliwinska等人发现肿瘤血管生成与免疫浸润有关，提示血管化影响CAR-T细胞浸润。然而，当前CAR-T研究的肿瘤类器官共培养模型缺乏血管化，限制了其大小并阻止了CAR-T细胞从血管到肿瘤的过程。血管化类器官模型可通过多种方法生成，如植入免疫缺陷小鼠、利用人类胚胎干细胞或人诱导多能干细胞构建、共培养策略以及微流体技术。这些技术有助于更精确地模拟生理环境，促进CAR-T细胞在实体肿瘤中的浸润研究。
近年来，肿瘤类器官领域取得了显著进展，已成功开发出多种患者源性类器官。然而，对于罕见恶性肿瘤，如神经内分泌肿瘤和非上皮起源肿瘤，仍缺乏相应的类器官模型。同时，标准化的培养程序对于确保肿瘤类器官的特征在培养过程中不被改变至关重要。目前，肿瘤类器官的培养过程还有待进一步规范，需注意避免不规范的采样程序、掺入正常上皮组织和添加不正确的生长因子/通路抑制剂（图2）。
图2
肿瘤类器官与CAR-T细胞共培养模型在癌症治疗领域具有巨大潜力。这种模型能够更真实地模拟肿瘤与CAR-T细胞之间的相互作用，为新型CAR-T细胞的验证、治疗策略的探索以及个性化医学模型的发展提供重要支持。此外，该模型不仅适用于CAR-T疗法，还可在其他癌症治疗领域发挥重要作用，如CAR-NK细胞的毒性评估和自身免疫性疾病的研究。随着对自身免疫性疾病器官类器官模型的发展，这种共培养模型将成为一个具有巨大潜力的临床前模型，为更广泛的患者群体带来益处。这些发现为细胞免疫治疗的科学研究提供了新的方向，鼓励研究人员深入探索这一领域的机会。
参考文献
Ning RX, Liu CY, Wang SQ, Li WK, Kong X, He ZW. Application status and optimization suggestions of tumor organoids and CAR-T cell co-culture models. Cancer Cell Int. 2024 Mar 5;24(1):98. doi: 10.1186/s12935-024-03272-x. PMID: 38443969; PMCID: PMC10916304.