【专家论坛】肿瘤类器官个体化药物敏感性检测是病理科发展新契机

肿瘤类器官是将患者来源的新鲜肿瘤组织经体外三维(3D)细胞培养系统建立的、与患者肿瘤特征高度相似的一种立体模型,能高度模拟人体内肿瘤组织的结构和功能，并展现细胞与细胞以及细胞与基质之间的相互作用。源自患者的肿瘤类器官保留了原始肿瘤的组织病理学特征、遗传学特征和分子生物学特征等表型，不仅可作为识别和测试新型抗癌药物的优良模型，也可通过肿瘤类器官的药物敏感性检测反馈患者的临床反应，并将体外结果与患者的临床反应关联比较，进而设计和完善患者的个性化治疗方案，为肿瘤患者的个体化精准治疗提供可靠的依据。目前，多种患者来源的肿瘤类器官(patient-derived organoid,PDO)已成功建立，包括结肠癌、胃癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、神经内分泌肿瘤、胶质母细胞瘤、前列腺癌和肾癌等，并被作为新型体外拟生化疾病模型，广泛应用于肿瘤基础医学及新药开发研究。

1PDO个体化药物敏感性检测处于临床起步阶段

对于培养成功的类器官，大部分研究证实其与患者肿瘤病理组织学特征、分子特征、药物敏感性、遗传稳定性等保持较高的一致性，且可在体外长期培养与稳定传代，因此肿瘤类器官已逐渐被推荐作为临床指导个性化用药的体外模型之一,但目前尚处于起步阶段。2017年类器官被《Nature Methods》杂志评为年度十大技术之一,为推动PDO的临床应用，2021年5月~2024年6月国内外已发表了多篇类器官相关专家共识，包括：2021年5月6日荷兰乌特勒支大学HansClevers教授等在《Cell Stem Cell》发表《Building consensus on efinition and nomenclature of hepatic,pancreatic,and biliary organoids》;2022年6月5日《中国癌症防治杂志》刊登《类器官药物敏感性检测指导肿瘤精准治疗临床应用专家共识(2022年版）》;2022年7月1日中国抗癌协会肿瘤多学科诊疗专业委员会等于《中国癌症杂志》发表《肿瘤类器官诊治平台的质量控制标准中国专家共识(2022年版）》;2022年9月28日斯坦福大学Sergiu Pasca教授等于《Nature》发表《A nomenclature consensus for nervous system organoids and assembloids》;2023年12月28日中国生物医学工程学会类器官与器官芯片分会等于《生物医学转化》发表《微肿瘤模型构建及其药敏检测技术中国专家共识(2023年版）》;2024年5月26日四川大学华西医院消化内科胡兵教授等于《中华消化内镜杂志》发表《中国经内镜消化系统常见恶性肿瘤组织取样及类器官培养专家共识(2024,成都）》;2024年5月27日肿瘤系统医学全国重点实验室、上海交通大学医学院附属仁济医院刘颖斌教授等于《Theranostics》发表《Building consensus on the application of organoid-based drug sensitivity testing in cancer precision medicine and drug development》。但目前尚缺乏病理专家主导的类器官相关专家共识。2024年上海市医学会发布的《本市医疗机构可开展的新增医疗技术目录》中明确指出肿瘤类器官个体化药物敏感性检测应当在病理科开展。因此，病理科应该加大在PDO领域的关注和作为。

2病理科具备开展PDO个体化药物敏感性检测的关键条件

首先，患者肿瘤组织样本主要在医疗机构通过手术或活检等手段采集。虽然肿瘤组织由于体积、肿瘤细胞含量或肿瘤组织污染等原因，不能保证类器官100%培养成功，但获得足量的活性较强的肿瘤细胞直接决定PDO培养成功与否。病理检查作为肿瘤诊断的金标准，病理科对肿瘤组织的取样有着严格的规范，能保证在满足常规病理检测需求前提下取样，同时去除坏死组织与癌旁组织。病理科作为院内实验室可有效保障肿瘤组织在2~4h内及时采集、保存、运输和分离培养，确保肿瘤组织消化后获得的细胞数量大于10^4,且细胞存活率大于90%。同时，病理科医师能够快速准确判断肿瘤的类型和成分，可以为PDO选择适合的培养基与培养方案提供依据，提高PDO培养成功率。

其次，在PDO培养成功后，为排除某些类型肿瘤细胞生长速度不及正常细胞，或在生长中凋亡或死亡，最终获得非肿瘤类器官,或与原肿瘤性质是否一致，需要采用形态学及组织病理学对其进行评估鉴定。PDO 经过石蜡包埋及切片后进行HE染色及免疫组化分析，不仅HE染色下具有与 原始肿瘤组织一致的形态学表现，还应表达与来源肿瘤一致 的最重要和最普遍的肿瘤生物标志物，而这都是病理科能够完成以及最擅长的项目。

第三，在PDO药物敏感性检测结果的分析中，有时也需要观察PDO用药前后的细胞形态，HE及免疫组化染色或基因分型结果的对比等病理学技术，确定药物作用靶点或机制，或耐药产生的可能机制等 。虽然PDO药物敏感性检测是目前最前沿的体外检测技术，具有出具结果所需时间短、药物筛查通量高、预测效果准确等特点，但仍属于正在探索的一种检测方式，病理科通常会结合患者的临床信息、病理特点和分子学特征等多方面的数据进行分析，从而提高检测结果的可靠性和准确性 。

最后，以四川大学华西医院病理科为例，我科从2016年开始开展ATP-TCA肿瘤单细胞悬液药物敏感性检测，已完成“知情同意→临床样本取样→单细胞制备→细胞培养与检测→出报告→临床收费 ”的全链条肿瘤原代细胞药物敏 感性检测标准化操作体系，为PDO临床药物敏感性检测的开展积累了宝贵的经验。因此，PDO个体化药物敏感性检测在病理科开展具有最好的条件。

3   病理科开展 PDO 个体化药物敏感性检测面临的挑战

PDO 药物敏感性检测是目前最前沿的体外检测技术， 因此存在技术难度高和技术还不够成熟的特点。

首先将面临技术难度高的挑战，PDO药物敏感性检测 需要高度专业化的技术和设备支持，对实验人员的操作水平和实验室条件要求较高。因此，病理科人员应深入学习肿瘤类器官的培养技术，关注国内外最新研究进展，及时引进和 应用新技术，提高PDO培养成功率和稳定性。同时，通过构建单细胞悬液(ATP-TCA) 、微肿瘤 ( tumor-like  cell  cluster , PTC) 和PDO 等多种不同构建难度的细胞模型药物敏感性检测，提高总体检测成功率。另外，开展基于细胞模型的药物敏感性检测，需购置离心机、细胞培养箱、生物安全柜、 显微镜、高压灭菌锅等关键设备，普及和推广这项技术需要  投入大量的资源和时间。

其次将面临培养成本较高的挑战，由于技术难度大和实验条件要求高，肿瘤类器官药物敏感性测试的成本相对较高。因此，在开展之前需要和患者做好详细沟通，患者签署知情同意书（包括样本采集知情同意书及类器官药物敏感性检测知情同意书）。同时，PDO药物敏感性检测可考虑通过实验室自建检测方法(laboratory-developed test ,  LDT) 模式 进行开展 。

第三是标准化和规范化的挑战。 目前PDO药物敏感性检测的技术和方法尚未完全标准化，不同实验室之间的检测结果可能存在差异，需要加强技术交流和合作，推动该技术的标准化和规范化发展。可以选择目前成熟度较高的肺癌、乳腺癌和消化系统肿瘤等作为标准与规范优先建设的癌种， 制定详细的PDO药物敏感性检测的标准化操作流程，确保每一步操作都遵循相关的生物安全规定和操作规程，建立质量控制体系，对关键步骤进行质量监控和评估。同时检测报告建议组织包含临床医师、药学专家和病理学专家等在内的多学科诊疗团队，根据患者具体病情及其他检测结果如基因检测结果、病理结果等综合判读，从而为患者制定最安全和最有可能获益的治疗策略。

4 病理科应在 PDO 个体化药物敏感性检测中发挥主导作用

病理科处于肿瘤诊断的核心地位，可以主导完善院内PDO组织取材运输、原代建立、传代扩增及冻存复苏的标准化操作流程，实现PDO的构建、传代以及药物筛选全流程的质量控制（图 1) 。

在完善 PDO 院内培养体系及制度的基础上，建立PDO的病理判读标准，主要包括：镜下细胞形态学、用药前后镜下类器官形态学、建模成功的类器官数量／直径评估、石蜡切片形态学特征，免疫组化染色表征，基因组学特征等，并通过多组学分析多维度评判PDO个体化药物敏感性检测的可靠性。

鉴于进行PDO个体化药物敏感性检测的患者大多是晚期、难治的患者，可以由病理科组织多学科联合诊疗(MDT),根据患者具体病情对类器官药物敏感性检测结果及患者样本的基因分型等结果进行综合判断，为患者制定最安全且最有可能获益的单药或联合用药策略。

同时，病理科可以牵头组织研究者发起基于PDO个体化药物敏感性检测指导患者个性化治疗的前瞻性临床研究，并在相关的临床研究登记平台进行注册，获得基于类器官的前瞻性、干预性及大样本临床研究结果，为PDO个体化药物敏感性检测提供循证医学证据。牵头组织建立相应的技术标准和临床指南，以便该技术尽早被纳入临床医疗服务法规监管体系。

5病理科可把握PDO的未来发展

首先，病理科应以开展PDO个体化药物敏感性检测为起点，结合自身科室肿瘤类型全、样本量大的特点，和PDO可体外长期扩增和冻存复苏的优势，加快PDO样本库的建立，形成肺癌、肠癌、胃癌、胰腺癌、卵巢癌、肝癌、乳腺癌和骨肉瘤等多癌种的标准化PDO样本库，为科室的发展和全院的科研提供重要的支撑。另外，针对现有PDO模型的不足之处，提高其仿生性，加快血管化PDO,PDO与免疫细胞共培养，同一患者的健康PDO与肿瘤PDO配对构建等技术的引入，使PDO可全面用于研究肿瘤的动态演变、临床前药效评价、肿瘤微环境研究以及辅助免疫治疗和药物开发。此外，可将PDO的构建、培养和鉴定过程与机器人技术、微流控芯片和人工智能深度融合，实现PDO临床应用的自动化与智慧化发展，推动其临床普及。让病理在组织病理学与细胞病理学之外，迅速发展出类器官病理学的新方向，推动精准医学的发展（图2)。

总之，PDO的应用发展取决于类器官的技术发展，但更重要的是取决于组织样本的规范和标准化获得，以及标准化构建后的病理鉴定，从临床应用的角度出发，PDO的未来临床应用科室为病理科，病理科本就承担患者组织的诊断工作，其与PDO的鉴定和临床应用息息相关，以病理科作为临床应用科室的起点来链接院内外科、肿瘤科等，主导建立一套标准化、规范化的PDO构建与应用体系，同步进行大样本前瞻性临床研究，为PDO的临床应用提供循证医学证据，并最终建立相应的技术标准和临床指南。同时以此为起点，可以建设肿瘤类器官样本库，开发新的肿瘤类器官培养模式，并通过医工结合推动肿瘤类器官临床医用的全流程标准化、自动化、芯片化和智能化发展，逐步形成类器官病理学的新方向。