肿瘤类器官模型在高通量药物筛选中的应用

2021
02/24

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科途医学
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使用肿瘤类器官进行高通量筛选的意义


 

 

 


药物高通量筛选技术是指以分子层面或细胞层面检测模型的实验方法(molecularbase assay and cell basedassay)为基础,以微孔板为受试分子或者细胞的试验载体,结合自动化、灵敏快速的检测仪器(酶标仪、机械臂等)采集实验数据,在短时间内测试大量受试药物,寻找可能的药物先导化合物或者靶点。高通量筛选技术,具有测试样品体系小、成本低、速度快、检测结果灵敏,可以发现未知创先药物等特点。


药物高通量筛选中常用的细胞系具有培养条件方便,易于操作等优势。但细胞系与原生环境相差较大,且由于肿瘤具有较强的异质性,使其在实际研究中出现很多在肿瘤细胞系上显示有效的药物,在人体中往往无效的现象。经统计,大约90%的有发展前景的临床前药物未能有效地被用于人体治疗[1]。因此,高通量筛选中使用真实性更强的细胞模型,是药物发现及功能基因筛选的关键。


近年来肿瘤类器官模型在大型化合物库中的高通量药物筛选、检测单药或多药浓度等方面,展现出能够帮助研究者快速筛选出药物敏感性强、反应性好、效果优的癌症适应症药物的能力。据报道,用类器官预测靶向药物及化疗疗效,其敏感性达100%,特异性93%,阳性预测值88%,阴性预测值100%[2]。同时研究发现,与二维培养细胞系相比,三维类器官培养在药物筛选上表现出更为敏感的特性,如下图a中表明药物在二维培养细胞系中呈现无毒性状态,在三维培养的组织中则呈现出很强的毒性,图b中白血病3D培养物比2D培养物相比,尽管两种模型的药物渗透率相同,但3D培养物对阿霉素的耐药性更强[3]


同时,肿瘤类器官独特的3D球体形态可用于高通量药物筛选模型的优势:


肿瘤微环境模拟对比



因此,利用3D培养优势用于临床前研究能够极大地提高对于肿瘤生物学的理解,排除较差的候选药物,同时可用于筛选出在2D筛查中可能遗漏的癌症相关新靶点,且可通过更高效地形成实际的研究成果为药物研发节省更多的时间和金钱。


目前,科途医学已成功研发出包括肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌等中国高发肿瘤类型和多种罕见突变的多种肿瘤类器官模型可用于功能基因组筛选、潜在药物靶点发现、化合物筛选等,经鉴定,建立的3D肿瘤类器官模型具有以下特点:


  • 具有清晰的肿瘤突变谱信息(NGSSanger测序数据及ARMS PCR验证结果 )

  • 具有病理学数据验证(HE检测数据)

  • 具有肿瘤标志物验证信息(WBIHC检测数据)

  • 具有药物敏感性检测数据(单药及联合用药IC50数据)

  • 可以共培养多种不同的细胞类型,模拟微环境条件(如免疫微环境、肿瘤血管生成等)


在药效学检测中应用肿瘤类器官如何保证数据的真实性


 

 

 


在定量抗癌药疗效和效力研究方面,肿瘤类器官具有的可扩展性可用于标准化体外试验。科途医学采用针对3D细胞培养产物的专用试剂盒产品获得更精准的药效评价数据,如通过使用RealTime-Glo™MT Cell Viability Assay对细胞还原电位进行实时监测法,利用Caspase-Glo®3/7 Assay检测细胞凋亡情况等。(注:上述试剂均来自Promega


真实应用案例展示:


 

 

 


科途医学高通量筛选(HTS)体系的建立:通过设置阴阳对照、细胞铺板密度、孔板选择、筛选模式及加样顺序来确保筛选体系的稳定性。


系统稳定性参数标准:


用Zfactor和cv值作为质控指标,其中Zfactor计算公式为:Zfactor = 1 - ( 3 * (σp + σn) / |(μp- μn)| ),0.5≤Zfactor≤1,cv值≤15%,如质控的高值和低值检测结果和孔板Z因子的分布情况见下图:


利用类器官和HTS体系进行天然化合物筛选的药物有效性:



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关键词:
高通量,器官,肿瘤,药物,模型,筛选

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