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针对膀胱癌患者的高效无创精准药筛平台

来源:科学网 2019-08-21 18:39

 

前不久,复旦大学基础医学院生物化学与分子生物学系、代谢分子医学教育部重点实验室党永军研究员、复旦大学附属中山医院郭剑明教授和美国乔治城大学刘学峰教授团队共同合作在Protein & Cell 上在线发表了题为Continuous culture of urine-derived bladder cancer cells for precision medicine 的最新研究成果。该研究首次从膀胱癌患者的尿液中分离并采用优化过的条件性重编程技术成功培养可稳定扩增的原代膀胱肿瘤细胞,利用所培养的原代细胞进行抗肿瘤药物的高通量筛选,通过回顾性分析得到药物筛选结果与病人临床用药情况的良好的一致性。该项技术已以《原代肿瘤细胞培养基、培养方法以及应用》为题申报专利。此项研究成果首次建立了一个针对膀胱癌患者的高效无创的精准药筛平台,为膀胱癌的早诊早治及精准医疗打下了非常好的基础。

膀胱癌的发病率居我国泌尿生殖系统肿瘤的首位。膀胱癌通常起源于覆盖于膀胱内表面的上皮组织,因此尿路上皮癌是最常见的膀胱癌类型,大约90%-95%的膀胱癌为尿路上皮癌(Urothelial cell carcinoma, UCC)。根据肿瘤浸润膀胱壁的程度,膀胱癌可大致分为两大类:非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)和肌层浸润性膀胱癌(MIBC)【1-3】。

随着全球老龄化水平的加剧,膀胱癌的发病率呈逐年上升的趋势。然而,过去三十年来,膀胱癌的治疗手段并没有突破性的改善,即便是恶性程度较低的非肌层浸润型膀胱癌(NMIBC),5年的复发率仍高达60-70%,其中许多患者更存在着发展成为MIBC的风险【4,5】。而对于晚期的肌层浸润型膀胱癌(MIBC),更是缺乏合理有效的治疗方案,这部分患者整体预后较差,复发率,进展率和转移率均很高,5年随访中死亡风险约为65%【6,7】。此外,由于膀胱癌早期无明显症状,很多患者以血尿为主诉就医,导致大部分患者发现时已经处于中晚期,错失治疗的最佳时机。而手术后病情是否进展仍然依赖于随后3-6个月的定期膀胱镜检查。频繁的随访以及有创的膀胱镜检查给患者、医生和医院以及国家都带来了极大的经济和社会负担。

对于癌症患者而言,肿瘤可以通过患者特征、组织学特征以及病理分期进行分类,根据分类的不同而采用不同的治疗手段。但从临床上患者对治疗的响应结果来看,这些分类是远远不够的。由于不同患者肿瘤的进展程度,遗传背景和生物学特性均不相同,故其对临床上所使用的传统化疗药物、靶向药物和免疫治疗药物的敏感程度均存在较大差异,患者应用临床一二线药物的应答率及有效率也不理想。因此,临床上针对不同患者均使用相同药物会带来不必要的治疗,导致患者的痛苦及医疗资源的浪费。精准肿瘤学是一种癌症治疗方法,旨在为每位患者量身制定有效的治疗策略。针对性的基因检测对于晚期癌症患者的精确治疗是至关重要的。然而目前发现,即使存在靶向基因的改变,患者也不一定对治疗有反应。这说明希望单纯通过基因检测来达到临床评估和预测是远远不够的。

肿瘤原代细胞培养一直是临床评价药物的一种重要方法,但是由于不同肿瘤组织的建系难度及成功率不一,故一直难以形成稳定的方法。经过了长期探索和研究发现,使用滋养层细胞的条件性重编程培养法(conditional reprogramming culture,CRC)被认为是一种可以稳定建立原代肿瘤细胞系的方法。近些年已经有很多研究采用CRC的方法进行原代细胞的培养,成功的使来自不同组织(如前列腺、乳腺细胞、肺癌等)的上皮细胞永生化【8,9】。然而,这些组织来源的细胞培养均需通过手术这种有创的手段获取标本,对于晚期及已经产生肿瘤转移而不能接受手术治疗的患者而言,很难从这种新兴的转化医学中受益。

很多相关研究表明,液体活组织检查在某种程度上可以提供相对准确和动态的临床信息,同时可以捕获原发和转移性肿瘤的复杂基因突变谱。尿液是最便捷、无创,且成本最低的液体活组织检查的来源之一。由于膀胱癌的特殊性,其患者的尿液中会有大量的膀胱上皮肿瘤细胞,晚期膀胱癌患者由于肿瘤负荷大,其尿液中脱落的肿瘤细胞也会相对较多。在最新的这项研究中,党永军团队等不仅成功地从膀胱癌患者的肿瘤组织中培养了原代细胞,而且首次建立膀胱癌患者尿液原代肿瘤细胞的培养平台。通过WES(whole exome sequencing ,全外显子测序)检测及免疫组化分析证明了尿源性原代肿瘤细胞可以显示出与亲本肿瘤组织的广泛组织病理学和分子谱的一致性。

此外,该研究还发现在尿液来源的肿瘤细胞中存在一些在原始肿瘤活检中没有发现的低频突变。进一步表明此尿液原代细胞培养平台不仅可以作为临床药物检测的模型,还可能用来模拟肿瘤耐药性的产生和发展,更好地帮助我们理解肿瘤内导致肿瘤进展和转移的各种克隆群之间的相互作用。

该团队利用所培养的原代肿瘤细胞进行高通量的药物筛选,发现不同病人来源的细胞对同一药物的敏感性确实存在差异,同时,同一病人尿液和组织来源的原代细胞对药物的敏感性相对一致,提示尿液来源的细胞可代替组织来源的细胞作为药筛的模型,且其无创性和方便性的优点使得此模型建立的可行性更强。随后,通过临床回顾性分析,将原代细胞的药物筛选结果与患者临床用药的响应情况进行对比,发现两者之间具有很强的一致性,这为后续的研究提供了很重要的保证。

由于尿液样本的获取便捷、快速、安全且无创,因此可以在治疗前后随时获取,从而获得患者肿瘤进展的动态信息。除此之外,该研究已经证明,所培养出的原代细胞也具有形成3D球体的能力,这表明此平台可以将2D快速培养与药物筛选的优势,以及3D对肿瘤微环境的模拟结合起来。总之,利用这一平台,通过药物筛选及各类组学分析,在寻找可能有效的药物联用方案的同时,探求药物作用的内在机制,为膀胱癌患者尤其是晚期膀胱癌患者提供可靠有效的临床指导,推动膀胱癌临床诊断和治疗的发展。另外,该技术平台可以在健康人群中进行筛查,早期发现膀胱肿瘤性病变,对建立膀胱癌的预防策略、早诊早治,防治膀胱癌以及相关恶性肿瘤具有重要意义。

据悉,复旦大学基础医学院党永军研究员、复旦大学附属中山医院郭剑明教授和美国乔治城大学刘学峰教授为论文的共同通讯作者。姜帅医生、王嘉琦博士、杨宸博士及谭仁可硕士为论文的共同第一作者。中科院上海药物所罗成研究员、第四军医大学吴元明教授、哈尔滨工业大学汪国华教授及宁波大学附属医院俞万钧教授等团队也参与了此项工作。(生物谷Bioon.com)

 

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