肉瘤是一种起源于间叶细胞（一类起着支持和调控作用的细胞，主要存在于各种组织和器官中，包括骨骼、肌肉、脂肪、血管、神经等）的罕见癌症，每年癌症诊断的不到 1%，具有100多个不同的组织学亚型，其中，骨肉瘤是最常见的肉瘤类型，多发于儿童和青少年。

肉瘤的稀有性和异质性对确定有效疗法构成了重大挑战。一方面，目前FDA批准或NCCN推荐的治疗方案显示出不同的反应；另一方面，肉瘤亚型众多，一些惰性亚型难以作为细胞系或异种移植物培养，另一些亚型则极为罕见，缺乏相应疾病模型故而研究不足。因此，需要新颖、个性化的治疗方法来改善患者的预后。

近日，由美国加利福尼亚大学洛杉矶分校医疗中心琼森综合癌症中心（UCLA Health Jonsson Comprehensive Cancer Center）的研究人员从126名被诊断为患有24种不同肉瘤亚型的患者中提取了194份样本，建立了迄今为止全球最大的肉瘤患者来源的类器官（PDTO）生物库，为提升对该疾病的理解，高通量药物筛选，以及开发出个性化治疗方案提供了新思路。

 全球最大肉瘤PDTO生物库

肉瘤（Sarcoma）是一种罕见的恶性肿瘤，它们主要存在于骨骼和软组织中，有100多种不同的组织亚型，这种罕见性和异质性对确定有效的治疗方法构成了重大挑战。

根据中国临床肿瘤学会（CSCO）的数据，肉瘤每年的总发病率不到5/10万，占所有癌症的比例不到1%。尽管发病率很低，死亡率却较高。在美国，骨肉瘤是20岁以下患者癌症死亡的第三大原因。

对于不同肉瘤亚型和分期的肉瘤，标准治疗方案各有差异，包括手术切除、化疗、靶向治疗以及放疗等，但总体治疗效果仍较为有限：软组织肉瘤患者的总体5年生存率约为65%，骨源性肉瘤患者为50%-60%。

这种预后效果不佳的情况，与肉瘤亚型众多不无关系。1/3的肉瘤是由特定染色体融合驱动的，例如尤文肉瘤、滑膜肉瘤、婴儿纤维肉瘤和横纹肌肉瘤；而其他肉瘤类型（如骨肉瘤和未分化肉瘤）则没有单一的、定义明确的驱动因素。这种巨大的异质性加剧了为这一罕见肿瘤疾病确定有效治疗方案的挑战，并导致生存率持续偏低。

通过传统或NGS选择化疗和靶向药物的疗效有限，因此，亟需找到替代方法来系统性评估肉瘤的药物敏感性与耐药性，并为每个患者筛选出个性化的治疗方案。患者来源的肿瘤类器官（Patient-Derived Tumor Organoid，PDTO）则很好地填补了这个空白。

△ 该研究论文的图形摘要

近日，加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）Alice Soragni教授团队发表最新研究成果，他们通过患者衍生的肿瘤类器官（PDTO）模拟了一系列恶性肿瘤的肿瘤行为。研究人员从126名在UCLA Health医院接受活检或手术切除的患者那里获得了194例样本，并从110多个源自原发性、复发性和转移性骨和软组织肉瘤的样本中成功生成了PDTO。

经过高通量类器官筛查管道测试了单一药物和组合，在24种肉瘤亚型中观察到的药物敏感性和耐药模式，突出了亚型特异性和患者特异性的脆弱性。

研究表明，使用标准化的类器官培养方法，能够保留独特的肉瘤组织病理学特征和患者特异性肉瘤表型。这为后续的药物筛选提供了一个可靠的体外模型。

△ 患者来源的肿瘤类器官管道、患者人口统计学和样本特征概述

为测试肉瘤PDTO的药物敏感性和耐药性情况，研究人员纳入了已经批准用于肉瘤的疗法，如索拉非尼和依维莫司、吉西他滨和多西他赛，以及MAP（甲氨蝶呤、多柔比星和顺铂）。结果表明，来自去分化软骨肉瘤SARC0014的PDTO对雷帕霉素高度敏感（上四分位数）但对依维莫司耐药（下四分位数）。

实验中，软骨肉瘤和脊索瘤等肿瘤的PDTO经常表现出对治疗的耐药性，如对依维莫司的低反应率所示，这占5个最耐药样本中的4个，这与该肉瘤亚型被广泛认为具有化疗耐药性的结论一致。

△ 在高通量药物筛选实验中，肉瘤类器官对治疗的敏感性显示出一系列反应

不仅如此，肉瘤PDTO在药敏筛查中可以更好地体现出患者体内肿瘤的异质性（Intra-Patient Tumor Heterogeneity）。

因为即便是来自于同一患者、在同一次手术中获取的不同病灶组织样本培养出的类器官对药物的敏感性也不尽相同，这反应了在患者体内观察到的临床异质性，突出了体外检测手段如何捕捉到与临床相关的生物学特征。

这项研究的高级作者、UCLA教授Alice Soragni博士表示，“即使有多种治疗方案可供选择，通常也没有可靠的、数据驱动的方法来确定个体患者的最佳行动方案。选择最有效的治疗方法就像大海捞针。用患者来源的肿瘤类器官测试药物有可能帮助预测患者对治疗的反应，以改善治疗方案相对有限的患者的治疗结果”。

研究表明，利用患者来源的肉瘤类器官管道可以量化个体患者体内药物反应的相似性和差异性，强调考虑患者内部（肿瘤间）以及肿瘤内异质性的重要性，突出了该方法在识别个性化策略的独特耐药和反应病例方面的效用。

 PDTO药物筛选的临床可用性

肿瘤类器官已经被证明与多种癌症的临床反应相匹配。研究人员为了评估肉瘤PDTO的预测能力，确定了两组样本中类器官活力与临床反应之间的一致性。

在第一组研究中，3例未经治疗的骨肉瘤患者的诊断性活检组织来源的PDTO，在活检诊断后，患者均接受了MAP方案的新辅助标准治疗，然后进行肿瘤的手术切除。骨肉瘤类器官对新辅助治疗药物方案的体外响应，与临床上短期的组织学反应（手术切除组织的坏死率）和长期的患者预后（无进展生存期）相关。

对另一组患者，研究人员讨论了PDTO反应与下一次治疗时间（Time to Next Treatment，TTNT）之间的相关性。鉴于肉瘤临床病程、治疗和研究纳入时间的异质性，无进展生存期或总生存期的可解释性有限，因此选择TTNT，通过仅纳入因疾病进展而进展到下一次治疗的患者来避免混杂因素。

同时，该试验还检测到一种趋势，即类器官离体反应的患者具有更长的TTNT，而具有耐药类器官的患者具有较短的TTNT。

这种PDTO对治疗反应与患者对治疗结果相关性的实验结果表明，类器官可以用来预测患者对特定药物的反应，为个性化医疗提供了可能。

△ 归一化的类器官存活率与作为现实临床响应指标的TTNT之间存在相关性（R2 = 0.921）

类器官不仅可以在药物筛选、药敏检测中展示优势，而且对精准医疗，提供个性化治疗策略亦有积极作用。

肉瘤，特别是包括许多骨亚型在内的惰性肉瘤，很难作为患者来源的异种移植物模型（PDX）培养和生长，这凸显了将患者来源的肿瘤类器官（PDTO）作为临床前模型的必要性。由于PDTO是直接从患者的肿瘤组织中培养出来的类器官，能准确再现患者肿瘤的表型、形态学和遗传特征，在精准医疗中扮演着不可或缺的角色。

在本次实验中，研究人员也在确定使用自己的方法来检测药物敏感性的可行性和可操作程度。在结合FDA批准的药物和NCCN（国家综合癌症网络）指南中针对肉瘤一线或二线治疗中使用的药物并进行分类后，发现临床观察到的对药物响应的广泛异质性也反映在了本研究的结果中。PDTO 筛查有助于最佳药物选择并反映肉瘤患者的预后。

研究表明可以为59%的样本（57/97）确定至少一种 FDA 批准或 NCCN 推荐的有效方案，这表明肿瘤类器官体外平台具有提供可操作治疗信息的潜力。

在分析患者层面的数据时，本研究为58%的受检患者（43/74）确定了有效、获批或推荐的疗法。

此外，该研究表明，一个大规模的功能性精准医疗计划可以在一个机构内实施，为基于类器官的测试提供一个简化和可扩展的模型。

“类器官提供了一种切实可行的方法，使患者与最有前途的疗法相匹配，这可能是肉瘤患者的游戏规则改变者，”加州大学洛杉矶分校整形外科系主任兼执行医学主任Nicholas Bernthal博士说。“我们乐观地认为，这种方法将为那些最需要的人带来更好、更个性化的护理。”

总体而言，该试验的研究结果，支持了功能性精准医疗方法有助于为每一位患者匹配最佳治疗方案的结论。患者来源的肿瘤类器官（PDTO）提供了对同一肿瘤内的单个病灶或不同区域进行建模的机会，从而更有效地捕捉肿瘤内和患者内部的异质性。

PDTO弥补了2D细胞系和动物模型的不足，能够保留肿瘤微环境的关键成分，更好地模拟体内肿瘤环境，使其成为个性化药物筛选的重要工具。通过PDTO对药物敏感性测试与患者临床反应数据相结合，可以预测患者对治疗方案的反应，从而实现精准医疗。随着技术的不断进步，PDTO有望在未来的肿瘤治疗中发挥更加重要的作用。

参考文献：

Ahmad Al Shihabi，Alice Soragni，et al, The landscape of drug sensitivity and resistance in sarcoma, Cell Stem Cell (2024). DOI: 10.1016/j.stem.2024.08.010