如何提高临床前药物发现的成功率，答案在哪里？

结直肠癌是世界范围内最常见恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率在不断上升。由于结直肠癌是一种高度异质性和复杂性的疾病，分子特征不同的患者对相同治疗策略的反应往往不同。考虑到结直肠癌的患病率及其治疗的局限性，改进目前的临床方法和开发新的治疗药物势在必行。与新药开发相比，药物再利用作为一种理想的替代方法，大大缩短了时间，减少了投资，提高了临床前药物发现的成功率。然而，目前的药物筛选主要是基于传统的癌细胞系，这些细胞系在长期体外培养后经历了遗传漂变等基因组变化，最终失去了亲本体内肿瘤原有的分子特征。因为类器官保留亲代肿瘤组织的组织学特征和分子特征，所以选择患者来源的类器官为癌症研究提供了理想的临床前模型。下面我们就一起来看下近期的一篇高分文献是如何利用患者来源的结直肠癌类器官来进行体外的药筛应用的。

标题：Drug repurposing screening and mechanism analysis based on human colorectal cancer organoids

期刊名称：Protein Cell

影响因子：21.1

发表日期：2023.06.22

DOI: 10.1093/procel/pwad038
 

1. 一致性鉴定

首先作者成功的从8例不同来源的结直肠癌患者中获得了8个结直肠癌类器官，肿瘤组织HE染色和类器官明场图片显示亲代肿瘤组织和类器官组织学的一致性。其次通过全外显子测序确定了8个长期和短期培养类器官保留了亲代肿瘤组织基因的突变特征。另外在转录组学水平上，类器官保留了亲代肿瘤组织相关信号通路的表达水平。



基于计算方法和clinicaltrial.gov数据库找到335个药物，利用类器官平台对335个药物进行细胞活力检测进行初次筛选，筛选出的34个药物继续进行二次筛选，细胞活力低于30%的药物被认为具有抑制结直肠癌的作用，罗米地平(Romidepsin)，曲美替尼(trametinib)，硼替佐米(bortezomib)是抑制率最高的3个药物。另外也发现不同类器官对药物的敏感性也存在差异，临床上常用抑制结直肠癌的2种药物5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil )和瑞戈非尼(regorafenib)处理8个来源类器官，细胞活力-浓度曲线表现出不同类器官的药敏性差异，GR50值热图也显示出药物敏感异质性。


由于类器官药物反应异质性，接下来通过基因集富集分析(GSEA)研究不同候选药物治疗的类器官中肿瘤相关信号通路的表达模式。我们根据其功能将肿瘤相关通路分为四组:细胞增殖、免疫激活、应激反应和代谢，将药物反应模式分为G1 分化诱导组，G2 生长抑制组，G3 代谢抑制组，G4 免疫反应促进组，G5 细胞周期抑制组。
每个药物反应组中选择1-2个GR50值低和药物毒性低的药物进行实验。药物治疗后小鼠肿瘤体积和重量减小，肿瘤大小减小。肿瘤组织免疫组化结果显示KI67阳性细胞区域减小。肿瘤重量变化明显的2个药物（Fedratinib和Trametinib）处理的类器官蛋白样本检测显示STAT3和ERK基因磷酸化水平发生下降，验证了不同药物抑制肿瘤生长的内在机制。