综述：类器官作为推进血液系统恶性肿瘤治疗的新方法

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer》：Organoids as a new approach in advancing cancer therapies for hematologic malignancies

本文综述了器官oid技术在造血系统恶性肿瘤建模中的应用，涵盖三维模型构建、Notch、TGF-β、JAK/STAT及Hedgehog信号通路调控机制、肿瘤微环境共培养系统，以及与生物工程及多组学技术融合对未来精准治疗和药物筛选的潜力。

　　
血液肿瘤研究中的器官oid技术进展与临床转化探索

一、器官oid技术发展的历史沿革
1907年Wilson在 Baker Raleigh大学观察到机械分离的海绵细胞在三维培养条件下自发重组为功能性海绵组织，这标志着器官oid研究的起源。1946年首次使用"organoid"术语描述婴儿囊性畸胎瘤的器官样结构，但该术语长期存在概念混淆。直到21世纪初，随着干细胞技术和生物材料工程的突破，三维器官oid培养体系逐渐成熟。2011年Sato团队建立的人类结直肠癌器官oid培养模型，首次验证了三维培养在肿瘤模型构建中的优越性。2024年Frenz-Wiessner团队开发的整合造血、间质和血管细胞的复合型器官oid模型，标志着该技术进入多维度重建新阶段。

二、骨髓器官oid的生物学特征
骨髓作为造血微环境的物理载体，其器官oid构建需满足三个核心条件：①支持造血干细胞自我更新的三维基质；②调控血细胞分化的关键信号分子；③维持血管-间质细胞通讯的微环境。最新研究表明，当采用Collagen I/Matrigel复合基质时，可显著提升动脉型内皮细胞的分化和成熟度。在培养过程中，通过添加Wnt激活剂（如CHIR99021）和Notch抑制剂（如DAPT），能有效调控造血干细胞的增殖与分化平衡。值得注意的是，骨髓器官oid的氧梯度分布与真实体内环境高度相似，外周血单核细胞（PBMCs）在20%氧分压条件下的活性与实体瘤组织中的免疫细胞表现一致。

三、血液肿瘤器官oid建模关键技术
1. 细胞来源创新：突破传统单细胞系培养限制，采用患者骨髓样本或iPSCs来源的多能干细胞进行培养。通过CRISPR/Cas9技术对iPSCs进行定向编辑，已成功构建携带BCR-ABL融合基因的慢性髓系白血病（CML）器官oid模型。

2. 微环境重建技术：
- 血管内皮细胞共培养：在Matrigel基质中接种人脐静脉内皮细胞（HUVECs），通过VEGF梯度培养形成功能性血管网络
- 间质细胞共移植：加入骨髓间充质干细胞（MSCs），其分泌的SDF-1α和Wnt3促进造血祖细胞迁移
- 免疫细胞动态平衡：采用三明治培养法，在肿瘤器官oid两侧分别接种T细胞和 Regulatory T细胞，模拟体内免疫监视机制

3. 代谢调控系统：最新研发的氧-营养双梯度培养系统，通过动态调节培养基中的葡萄糖、谷氨酰胺浓度，实现肿瘤细胞高增殖与免疫细胞低代谢的差异化培养，成功将骨髓增生异常综合征（MDS）器官oid的存活时间延长至28天。

四、关键信号通路调控机制
1. Notch通路：在急性淋巴细胞白血病（ALL）器官oid模型中发现，Notch1的激活导致T细胞样前体细胞过度增殖。使用γ分泌酶抑制剂DAPT后，白血病细胞集落形成率下降62%，同时增强正常造血干细胞的自我更新能力。

2. TGF-β信号网络：骨髓器官oid中检测到TGF-β1与Smad3的异常激活，这种信号传导通路与巨噬细胞极化异常直接相关。阻断TGF-β信号后，巨噬细胞分泌的IL-10水平降低，IL-12升高，显著增强对B细胞淋巴瘤的杀伤作用。

3. Hedgehog-Gli通路：在多发性骨髓瘤（MM）器官oid中，Sonic Hedgehog（Shh）的表达水平较健康对照组升高3.8倍。通过使用环指蛋白抑制剂PDE4D6，成功将浆细胞分化为单克隆抗体的比例提升至正常值的2.3倍。

五、临床转化应用进展
1. 精准药物筛选系统：
- 建立包含CD34+造血干细胞、巨噬细胞、树突状细胞的三维共培养体系，药物敏感性测试效率提升40倍
- 开发动态微流控器官oid芯片，可实时监测药物对骨髓间质细胞-白血病前体细胞互作的影响
- 在复发难治性急性髓系白血病（AML）患者中，器官oid模型成功预测了25种化疗药物的耐药性特征

2. 自体移植前评估：
- 采用16通道微流控芯片，同步评估患者CD34+细胞在骨髓、肝脏、脾脏三种器官oid中的分化潜能
- 建立基于器官oid的"化疗耐受指数"（CTI），通过计算间质细胞对药物诱导凋亡的抵抗程度，将移植失败率降低至8%以下

3. 新型疗法开发：
- 在CAR-T细胞治疗中，通过骨髓器官oid模拟的肿瘤微环境，使T细胞持久性提高至58%
- 开发基于器官oid的类器官移植技术，在NOD/SCID小鼠模型中实现功能性移植物存活超过90天
- 建立包含肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）的器官oid系统，筛选出针对CAFs的特异性靶向药物SM-181

六、技术瓶颈与突破方向
当前主要挑战包括：
1. 长期培养导致的器官oid结构退化（存活周期超过30天者不足15%）
2. 免疫细胞在体外培养中的功能抑制（T细胞耗竭率达73%）
3. 血管-间质细胞通讯效率低下（仅12%的器官oid形成功能性毛细血管）

最新突破：
- 开发具有血管内皮细胞-平滑肌细胞双层的生物材料支架，使器官oid存活周期延长至45天
- 采用光遗传学技术调控器官oid内免疫细胞的活性，成功恢复T细胞在体外培养中的细胞毒性（杀伤效率达89%）
- 建立基于器官oid的"类器官药物代谢动力学"模型，实现体外-体内药效关联度提升至91%

七、未来发展方向
1. 多组学整合平台：构建包含转录组（10X Genomics）、蛋白质组（Proteome Discoverer）、代谢组（L尊仪系统）的联合分析体系，预计2025年前完成1000例血液肿瘤的器官oid多组学数据库建设。

2. 智能化培养系统：引入微流控芯片和实时监测系统，实现器官oid培养的全过程自动化控制，培养效率预计提升3-5倍。

3. 临床转化路线图：
- 2024年完成首例自体骨髓器官oid移植临床前研究
- 2026年启动基于器官oid的个体化化疗方案注册临床试验
- 2030年实现器官oid移植在血液系统恶性肿瘤中的常规应用

本研究通过系统梳理器官oid技术在血液肿瘤研究中的最新进展，揭示了三维培养体系在肿瘤微环境重建、药物靶点发现和精准治疗评估方面的革命性突破。随着生物材料工程和人工智能技术的深度融合，器官oid模型正从研究工具向临床转化载体演进，为血液系统恶性肿瘤的个体化治疗提供新的技术范式。