“癌症之王”胰腺导管腺癌（PDAC）是一种恶性程度很高的致命性肿瘤，5年生存率普遍不到7%。其治疗手段十分有限，自1996年吉西他滨获得监管部门批准以来，没有任何批准的化疗药物实质性地延长PDAC 患者的生存期。一线化疗药物往往由于内在或获得性耐药而无效，因此，研究胰腺癌的化疗耐药机制对于提高治疗效果具有重要意义。

肿瘤类器官（PDOs）为患者特异性肿瘤及其机制提供了一种有代表性的实验模型。近日，来自斯坦福大学的研究人员通过实验阐明了利用胰腺癌类器官技术发现PDAC耐药性机制的关键原因。

他们发现，利用3名患者来源的PDAC类器官在与体内肿瘤机械匹配的高刚度基质中培养时，对几种临床相关的化疗产生耐药性。此外，PDAC化疗耐药性在从高刚度基质转移到低刚度基质后是可逆的，这表明靶向纤维化细胞外基质可能会使化疗耐药肿瘤敏感。

借助患者来源PDAC类器官平台，通过生物工程材料实现化疗药物耐药性的可逆转，有助于深入理解该病的耐药机制，为攻克胰腺癌化疗药物耐药性带来新希望，为未来药物开发提供了令人兴奋的新方向。此外，这项实验也展示了类器官技术在疾病模型建立和药物筛选中的潜力，为未来的精准医疗和个性化治疗提供了重要的实验平台。

人源类器官模型揭示

胰腺癌耐药性机制

胰腺导管腺癌（PDAC）的特征是其纤维化和刚性细胞外基质。临床上，PDAC化疗耐药性与细胞外基质（ECM）的极端纤维化重塑有关。PDAC ECM高硬度和致密间质的特点导致疾病进展过程中会恶化，与患者生存不良相关。

然而，细胞/细胞外基质信号如何改变PDAC肿瘤表型一直难以研究。为了填补这一知识空白，研究人员在实验中设计和制造了重现PDAC肿瘤细胞外基质关键特征的基质。

他们利用3名PDAC患者来源的类器官模型，设计了一个由透明质酸（Hyaluronic Acid，即HA）和弹性蛋白样蛋白（elastin-like protein，即ELP）组成的可调节的三维（3D）基质——被称为“HELP”水凝胶，来模拟体内PDAC ECM的关键生化和机械特性。斯坦福大学材料科学与工程教授、本研究论文高级作者莎拉·海尔肖恩（Sarah Heilshorn）表示，“这个HELP设计矩阵，使我们能够测试这些癌细胞可能对周围矩阵中的化学信号和机械属性做出反应的想法。”

△ 工程HELP矩阵示意图

研究人员利用这个新系统选择性地激活癌细胞中的某些类型的受体，并调整他们设计矩阵的化学和物理属性。他们创建了与Cultrex水凝胶对照的低刚度到PDAC肿瘤组织的高刚度的HELP水凝胶，对应他们的浓度，分别命名为HELP Low、HELP Medium和HELP High。

△ 在Cultrex和HELP基质中培养的PDAC类器官对照图

通过使用基因条形码，研究人员发现尽管发生了基质特异性克隆选择，但细胞异质性并不是化疗耐药性的主要驱动因素。相反，由于CD44受体与透明质酸（HA）相互作用介导的药物外流转运体表达增加，基质诱导的化疗耐药性在僵硬的环境中发生。

△ 在Cultrex和HELP基质中进行基因条形码PDAC类器官扩增的方案和潜在结果的示意图

在不断建模过程中，他们发现胰腺癌需要两种物质才能对化疗产生耐药性：物理上坚硬的细胞外基质和大量的透明质酸——帮助硬化细胞外基质的聚合物，并通过CD44受体与细胞相互作用。

为了在功能上测试CD44的作用，研究人员在患者来源的PDAC类器官中通过CRISPR Cas9敲除CD44基因，通过CD44阴性细胞分选后在HELP Low和High基质中培养，并在吉西他滨处理之前扩增4代，同时进行野生型对照。

结果表明，敲除CD44后的PDAC类器官稳健地扩增，在四次传代中，HELP低和HELP高之间具有相似的生长速率。敲除CD44的类器官在HELP Low和HELP High基质中CD44的表达显著降低。在HELP High中传代4次后，PDAC单细胞采用了与类器官药物处理相同的刚度介导的化学抗性。

△ HA介导的CD44信号传导介导PDAC类器官化学耐药

此外，实验还表明了PDAC类器官可以动态地改变其表型和药物敏感性，以响应高刚度基质中HA介导的CD44相互作用，逆转基质刚度可能会使PDAC类器官对吉西他滨治疗重新敏感。

“我们发现，较硬的组织会导致胰腺癌细胞对化疗产生耐药性，而较软的组织会使癌细胞对化疗更敏感，”本研究论文高级作者莎拉·海尔肖恩（Sarah Heilshorn）说。此外，该研究团队还正进一步“升级”他们的细胞培养模型，添加新类型的细胞，以便更好地模拟肿瘤周围环境，并调整它以研究刚度以外的其他机械特性。

本次实验利用患者来源的PDAC 类器官模型，通过工程化基质确定了PDAC化疗耐药性与细胞外基质（ECM）之间此前未测试的因果关系，这为有效的患者治疗药物研发开辟了新方向。借助这种创新性的细胞外基质在癌症进展中的潜在作用，有望通过调控基质刚度来提高化疗效果，探索出个性化治疗的新途径，为胰腺癌精准医疗的临床前转化提供新的研究方向。

类器官技术加持

胰腺癌精准医疗

类器官技术在疾病建模和药物筛选中的巨大潜力，为未来肿瘤精准医疗和个性化治疗提供了重要的实验平台和有力工具。

2023年11月，来自东京大学的研究人员在《Cell Reports》发表最新研究成果[2]：他们利用人诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞，融合了患者来源的胰腺导管腺癌细胞，生成一种全新的胰腺癌类器官（Fused pancreatic cancer organoids，FPCO），其肿瘤微环境包含有不同功能的成纤维细胞，通过单细胞RNA基因测序，进一步表明了成纤维细胞的异质性。

△ 利用iPSC、细胞球体共培养和气液界面（ALI）技术，形成适合胰腺癌细胞的导管状结构，最后融合而成2种胰腺癌类器官

这种创新融合方式，产生了两种不同的胰腺癌类器官（增殖性和静止性），可高度模拟患者的肿瘤组织和独特的肿瘤微环境，类似于典型患者肿瘤组织的不同部分。

研究表明，增殖性的胰腺癌类器官（pFPCO）是一种有效的肿瘤类器官模型，或将为开发可以抑制PDAC复发的癌症疗法提供检测系统，有助于抗癌药物的筛选，有望促进癌症生物学和个性化医疗的深入研究。

类器官不仅可以高度还原肿瘤组织的微环境，模拟患者肿瘤组织，帮助抗癌药物的筛选；还可以揭示靶向药对抑制肿瘤生长，对抗肿瘤方面的潜在功效，为个性化治疗提供新视野。

为了改进PDAC治疗，2024年3月，科学家在《Nature Communications》发表研究[3]，他们建立了基于类器官和共培养技术的筛选系统，并找到抗体-药物偶联物（ADC）的有效载荷。

研究人员选择癌胚抗原相关细胞粘附分子6（CEACAM6，也称为CD66c）作为ADC的靶点，并开发了一种对CEACAM6表达的正常细胞反应最小的抗体#84.7。

△ CEACAM6抗体#84.7的建立

通过新型抗体药物CEACAM6-EBET在多个胰腺癌患者异种移植（PDAC-PDX）模型的试验发现，肿瘤明显缩小，且联合常规化疗或PD-1抗体使用时耐受性和毒性均较低。CEACAM6-EBET抗体药的出现，将成为该领域的重要突破，有望为胰腺癌治疗提供新策略和新希望。

患者来源的肿瘤类器官在精准医疗领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。由于患者来源的肿瘤类器官具有高稳定性、可传代、高度模拟肿瘤环境的特征，为研究疾病的发病机制提供了绝佳的体外场所。有望实现患者的个性化治疗方案的定制，加速新药研发进程，提高治疗效果，为肿瘤精准医学的探索开辟了全新的研究方向。