脑胶质瘤个体化治疗指导系统的探索

The present tumor therapies have various drawbacks with many types of cancers lacking of effective treatments. Confronted with this harsh reality, China and countries all over the world have brought forward Precision Medicine projects. Cancer organoids are the newest development in tumor modeling and are believed to have unlimited potentials in cancer drug development, disease modeling and Precision Medicine. Through collaboration with the Chairman of Chinese GBM consortium Professor Tao Jiang at Tiantan Hospital, we have successfully derived primary cultures from 30 GBM patient samples and established GBM organoids. By co-culturing GBM and endothelial cells , we have made progresses toward solving the bottle-neck problem of vasculaturation of cancer organoids. Meanwhile, we have developed a microfluidic system of microchips for GBM 3D culturing and drug screening. Based on this new technology and cancer organoids platform, we now can bypass the hurdles from the limited clinical samples, enabling personalized medicine towards GBM. In light of our current progresses, with the proposed study, it is our hope to establish a series of protocols using 3D GBM microfluidic microchips and GBM organoids to model the dynamics of drug treatment and tumor evolution. Insights from these in vitro modellings can then be utilized to guide personalized precision medicine efforts.

目前的肿瘤治疗方法存在着各种缺陷，许多癌症尚缺乏有效的治疗。面对癌症防治的严峻现状，我国和国际上都提出了精准医疗计划。在这种背景下，肿瘤类器官模型应运而生, 在肿瘤模拟和药物研发及精准医疗具有巨大的潜力。通过与中国脑胶质瘤专业委员会主委/天坛医院神经外科江涛教授等的合作，我们成功建立了胶质瘤原代细胞（30株）和类器官模型。针对类器官的血管化的技术瓶颈，通过参入内皮和间质细胞的方式取得了一些初步进展，提示原始血管样结构的形成。同时我们发展了三维肿瘤微流芯片培养系统，把基于微流芯片的药物功能筛选和基于肿瘤类器官的药物个体化治疗动态模拟相结合，规避样品不足的瓶颈，使精准个体化动态治疗的体外模拟和用药指导成为可能。在上述研究基础上，通过本项目研究，我们希望以胶质瘤为样板，探索发展一套完整的潜在地可以用于临床、指导癌症精准个体化动态治疗和监控的模型体系和实验方案，在实践中探索肿瘤精准医疗的路径。

GBM临床治疗方法比较少，疗效有限，传统研究模型和方法长期以来未能带来有临床价值的突破。过去近10年来，肿瘤类器官技术的兴起，给癌症个体化模拟和精准个体治疗带来新的契机。因此，本项目希望通过探索达到以下的目的：从病人的手术或活检的组织样品，快速制备肿瘤组织细胞悬浮液或肿瘤原代细胞；进行微流芯.片培养和类器官培养，通过１～3周内的三维肿瘤微流芯片培养，小规模筛选候选药物库（100～300个）；而后根据肿瘤微流芯片药物功能筛选的结果和血管化肿瘤类器官的生长情况的综合考虑，开始基于肿瘤类器官培养的药物治疗的动态长期模拟和监控；并依据肿瘤类器官的动态模拟情况，开始临床病人的临床治疗；在临床治疗的过程中，将根据类器官的实时模拟和监控情况，结合病人临床的治疗监控，实时调整治疗的方案。这种基础研发数据和临床数据的长期积累，将为最终实现基于大数据的精准快速个体化治疗打下坚实的理论、技术、平台、临床和数据基础。. 项目的第一年，即2018年，我们主要针对原代细胞建立和稳定性的展开优化，发展优化了针对性培养方法，能够较稳定高效的获得癌症干细胞的培养；同时我们启动了类器官血管化的探索，并获得了初步雏形血管的，但是进一步的优化遇到了较大的困难和挑战。随着领域的动态进展，领域逐渐形成共识GBM的临床挑战与它的高度异质性和可塑性有很大的关系，因此对于由于个体、克隆和肿瘤微环境所导致的异质性和可塑性成为研究的关键环节。因此自从2019年开始，针对三维类器官培养的基质选择和优化问题，我们从多个角度进行了广泛的探索，建立较完善的能够模拟基于克隆或者肿瘤微环境所导致的胶质瘤药物敏感性和异质性的模型，结合体内外实验，组学分析等对模型进行了深入细致的鉴定分析，并针对肿瘤异质性展开较深入的药物敏感性和抗药性的研究探索，特别值得提到是我们发现了潜在的多个可以用于指导靶向治疗的GBM亚群（型）。相关的工作正在整理过程中，希望能够在2022年完成投稿和发表。此外，胶质瘤的免疫微环境也是影响肿瘤发展和药物治疗效果的关键因素，尤其是在免疫治疗时代，肿瘤免疫微环境的模拟日趋重要，因此，在2021年，我们启动了复杂GBM类器官，正在通过发展优化与小胶质细胞和巨噬细胞共培养的复杂ＧＢＭ类器官开展GBM免疫微环境的模拟。.此外，得益于本项目研究的资助，已经发表共同作者文章两篇。