特别回顾
本文是HansClevers署名通讯作者年发表在SciAdv的特别综述。类器官是由干细胞在体外培养而成的微观自组织三维结构。它们概括了体内对应器官的许多结构和功能方面。这种多才多艺的技术已经导致了许多新的人类癌症模型的开发。现在有可能从一系列癌症患者的肿瘤组织开始制造无限膨胀的类器官。或者，基于CRISPR的基因修饰允许通过将癌症基因改变的任何组合引入正常的类器官来设计癌症的类器官模型。当与免疫细胞和成纤维细胞结合时，肿瘤类器官体成为癌症微环境的模型，使免疫肿瘤学得以应用。越来越多的证据表明，在个性化的治疗环境中，类器官化合物可以用来准确预测药物反应。在这里，我们回顾了快速发展的肿瘤类器官体领域的现状和未来的前景。
在三维(3d)基质中培养功能性人类乳腺上皮细胞的技术，已经被minabissell(1,2)倡导了30多年。此外，大约十年前，sasai和他的同事开创了基于多功能干细胞(psc)的技术，创造出镜像中枢神经系统(cns)特定部分的类器官(3,)。兰卡斯特和他的同事们改进了这项技术，并提供了“迷你大脑”结构的特别著名的例子(5)。虽然pscs可以用来模拟从组织到生物体发育的一切事物，但是成体干细胞也可以被分离出来，用来生成它们所在的初级组织的类器官模型。特异性生长因子鸡尾酒通过模仿器官干细胞生态位允许类胰腺细胞长期扩张，正如首次为小鼠(6)和小肠和气道上皮细胞(8)建立的。由pscs和ascs产生的类器官结构反映了关键的组织特征，包括整体结构、分化细胞类型的集合和组织特异性功能。类器官因此代表了一个模型系统，可以与传统的基因工程小鼠模型(gemms)、细胞系和病人来源的异种移植物(pdxs)相比较(表1)。
除了用于检查正常发育，类器官也被用于研究肿瘤发生。在癌症领域的大多数类器官研究中，原发癌样本是在类细胞器条件下生成的。然而，crispr诱变技术已被应用于psc为基础的类器官，以产生致癌突变，例如，模拟人脑肿瘤(10)。此外，法恩和他的同事们还探索了psc衍生的迷你大脑作为培养病人衍生的胶质母细胞瘤细胞的环境。
在无血清3D基质(Matrigel)中，R-pondin-1(通过Lgr5作用的Wnt扩增物)、表皮生长因子(EGF)和骨形态发生蛋白(BMP)抑制剂noggin的结合支持Lgr5+小鼠隐窝干细胞作为3D肠道上皮结构的似乎无限制的扩张(6)。人类肠道类器官需要额外的成分：WNT、A83-01中的转化生长因子-b(TGFb)和p38抑制剂SB。这种生长因子鸡尾酒还支持代表结直肠癌(CRC)的患者来源的肿瘤器官类物质的传播(7)。微小的修改允许其他上皮组织的扩张，如胰腺和前列腺(12，13)，以及由此衍生的癌症(1-16)，从而能够创建“活生物库”(17，18)，在那里，可以存储代表疾病亚型和突变基因频率多样性的类器官培养物，并将其传播给其他研究人员。
肿瘤切片的短期培养(19)和肿瘤异种移植到免疫缺陷小鼠(pdxs)(20)已被广泛应用。短期培养可以在相当大的规模上进行快速的体外筛选，但是由于培养物的增殖能力有限而受到限制。异种移植允许体内筛选，但是速度慢且资源密集。肿瘤类器官技术可以弥合这两种途径。初步研究表明，中通量药物筛选病人来源的类器官(pdos)的可行性(16,17)。由于肿瘤类器官很容易移植到免疫缺陷小鼠(1,16)中，所以在pdx环境中可以获得抗肿瘤抗原。
目前已经建立了基于r-spondin的培养条件来传播各种其他人类癌症，例如，肝细胞性肝癌和胆管癌(21)andastric(22,23)，乳房(2)，膀胱(25,26)，食管(27)，卵巢(28,29)，肺(30)和儿科肾癌(31例)。类器官培养已经实现了几个观察:(i)病人间的变异被捕捉和维持。(ii)类器官通常可以高效率地从患者材料中提取，并可以进行异种移植。(iii)肿瘤类器官能够如实反映相应患者的药物反应。(iv)pdos的药物敏感性可以在pdx环境下进行概括。
Creatingtumororganoidbiobanks
国际癌症基因组联盟(InternationalCancerGenomeConsortium)和癌症基因组图谱(CancerGenomeAtlas)等癌症联盟分析的绝大多数样本代表原发肿瘤的手术样本，而转移通常代表癌症的致命阶段。从理论上讲，PDO可以扩大小肿瘤样本，从而能够在任何阶段对癌症进行分析。事实上，几项研究已经报道，可以从针吸活检中建立有机类化合物，例如，肝癌(32例)、胰腺癌(33，3例)或大肠癌肝转移(35例)。Gaoetal.。(16)证明了从前列腺癌患者的循环肿瘤细胞中培养类器官的可行性。研究还报道了从尿液中的细胞(31)中产生健康的类有机物(30)，这是一种胃灌洗材料(30)。关于这些方法是否也会允许肿瘤类器官的生长，这一点已有定论。因此，PDO生物库极大地扩展了可以在实验室进行繁殖和研究的患者样本类型。
大多数生物库研究已经证实，PDO反映了原发肿瘤的特征，至少在整体肿瘤DNA序列水平上是如此(35)。然而，目前还不清楚是否在器官培养中捕捉到了肿瘤内的异质性。另一个未解决的变量是“散装”类器官在长时间培养过程中的克隆漂移。至少对于少数研究的大肠癌和卵巢癌PDO来说，这种克隆漂移似乎相对较小(18，29)。
Pdos是从单个细胞获得的crcs和邻近的正常隐窝(36)中建立起来的，这使得分子和功能分析在单细胞水平上是不可能的。这些分析表明，crc细胞表现出广泛的突变多样性，并携带数倍于正常干细胞的体细胞突变。很多时候，我们只是把注意力集中在了一个过程上。在每个肿瘤中dna甲基化和转录组状态的多样化是稳定的，并遵循肿瘤中dna突变的系统发生树。然而，抗癌药物的反应在同一肿瘤细胞之间有着明显的差异，这表明药理学的异质性可能反映了改变肿瘤单个细胞基因表达的表观遗传变化。
有几项倡议旨在向学术界和工业界提供具有良好特征的PDO生物库。除了银行生活材料的技术挑战之外，围绕这类生物库的伦理和知情同意问题也很复杂(37)。非营利中心(