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背景介绍

肉瘤是一类罕见且高度异质性的恶性肿瘤，包含超过100种组织学亚型，其中骨肉瘤是最常见的原发性恶性骨肿瘤，好发于青少年，5年生存率不足25%。尽管化疗、手术和放疗等多模式治疗不断发展，但肉瘤的预后仍然严峻。患者来源异种移植模型，特别是原位移植模型，因能更好地模拟肿瘤的临床复杂性、异质性和转移潜能而备受关注。然而，传统PDOX模型面临细胞注射时的大量丢失、长周期（数月）、低成瘤率及长期体外扩增导致的表型漂移等瓶颈，严重限制了其在临床个性化治疗中的实时应用。

研究思路

针对上述挑战，浙江大学的吴宏伟研究员、欧阳宏伟教授以及中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院的陈攀研究员团队开发了一种创新的无支架细胞环类器官平台。通过将患者原代肉瘤细胞与人皮肤成纤维细胞共培养，在48小时内无需外源基质即可生成功能性的肿瘤微环境整合类器官。该环形中空结构避免了实体球的核心坏死，改善了营养扩散。利用该细胞环原位植入小鼠股骨，可在7天内以100%成瘤率和减少50%细胞用量的方式快速建立原位异种移植模型（r-PDOX）。整合的HSFs在肿瘤-基质互作驱动下发生CAF样活化，重建了促纤维增生性基质和血管网络，患者特异性分子谱保留度高（转录组相关性r=0.87）。作为初步概念验证，r-PDOX模型对一线药物（异环磷酰胺、安罗替尼）的响应趋势与患者临床疗效呈现较好的一致性。该平台克服了现有肉瘤模型细胞泄漏、表型漂移和周期长的关键局限，为个性化治疗探索提供了生理相关的工具。相关内容以Engineering Cell Ring Organoids for Efficient Establishment of Patient-Derived Orthotopic Xenotransplantation (r-PDOX) Model in Sarcoma发表在Biomaterials！

图片解析

图1. 细胞环类器官的制备与表征： (a) 患者肿瘤细胞与HSFs共培养形成细胞环类器官的示意图。(b) 细胞环类器官的不同视角图像（俯视图、侧视图、芯片上、培养基中）。(c) 不同初始细胞数量（0.6、0.8、100万）形成的细胞环厚度。(d) 患者来源细胞环类器官与对应患者肿瘤组织的H&E及免疫组化染色（α-SMA、Ki-67、SATB2），显示组织学和标志物表达高度一致。

图2. 患者来源细胞环类器官与对应患者肿瘤组织的RNA测序分析： (a) PCA分析显示患者类器官与其对应肿瘤组织聚类在一起。(b) 三者平均log2(FPKM)相关性散点图（Pearson r=0.87）。(c) 差异表达基因热图，每例患者类器官与肿瘤组织具有高度相似的DEG特征。(d) 两两比较的DEGs Venn图，类器官与肿瘤组织共享超过80%的DEGs。(e) GO富集分析显示类器官与肿瘤组织保留了患者特异性的核心生物学过程。

图3. 细胞环类器官移植比细胞悬液注射具有更高的肿瘤建模效率： (a) 股骨原位植入示意图。(b,d) 60万和120万细胞数下活体荧光成像：细胞环组成瘤信号强于细胞悬液组。(c,e) 荧光强度定量。(f) micro-CT分析：细胞环组骨破坏更严重。(g) 骨破坏百分比：细胞环组约为细胞悬液组的3倍。(h) H&E染色：细胞环组肿瘤组织更大、骨破坏更明显。

图4. r-PDOX模型展现出与骨肉瘤患者相似的治疗结果： (a) 患者与r-PDOX模型治疗流程及时间线。(b) 3例骨肉瘤患者治疗前后MRI影像。(c) 相对肿瘤大小定量。(d) 患者肿瘤组织H&E染色（治疗前后）。(e) 坏死百分比定量。(f) r-PDOX模型中生理盐水与异环磷酰胺治疗后的肿瘤照片。(g) r-PDOX模型中肿瘤体积定量。(h) 患者肿瘤大小定量。(i) r-PDOX肿瘤组织H&E染色。(j) r-PDOX肿瘤坏死百分比定量。

图5. r-PDOX模型在转移性软组织肉瘤中的药物疗效探索性评估： (a) 患者与r-PDOX模型治疗流程。(b-d) CT影像显示患者对安罗替尼的异质性反应。(e) r-PDOX模型中生理盐水与安罗替尼治疗后的肿瘤照片。(f) 肿瘤体积定量显示r-PDOX响应与患者临床响应趋势一致。

结论

本研究开发了一种无支架、快速自组装的细胞环类器官平台，通过将患者原代肉瘤细胞与人皮肤成纤维细胞共培养，在48小时内生成整合肿瘤微环境的功能性类器官，并在7天内以100%成瘤率、减少50%细胞用量的方式建立原位r-PDOX模型。环形中空结构避免了中心坏死，改善了营养和氧气扩散，并支持免疫细胞存活。整合的HSFs发生CAF样活化，重建了促纤维增生性基质和血管网络，患者转录组谱保留度高（r=0.87）。该平台初步验证了对一线药物（异环磷酰胺、安罗替尼）的响应趋势与患者临床疗效的一致性。该细胞环类器官平台克服了传统PDOX模型细胞泄漏、周期长、成瘤率低及表型漂移等瓶颈，为肉瘤个性化治疗探索、药物筛选及肿瘤微环境研究提供了高效、可靠且生理相关的临床前模型。