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傳統(tǒng)抗腫瘤藥物篩選是將腫瘤細(xì)胞系接種在免疫缺陷小鼠皮下，但臨床藥效相關(guān)性不到5%。大約20年前德國(guó)人開(kāi)始嘗試直接接種新鮮的腫瘤組織塊到小鼠皮下，建成人源腫瘤異種移植模型（Patient Derived Xenograft model，PDX模型），過(guò)去10余年藥廠做了很多系統(tǒng)的研證，甚至前瞻性臨床實(shí)驗(yàn)，結(jié)論是PDX藥效結(jié)果與臨床相關(guān)性高達(dá)90%。目前歐美日各大藥廠無(wú)一例外，都廣泛普遍的用PDX做臨床前抗腫瘤藥物研發(fā)。2016年2月美國(guó)國(guó)家癌癥研究院（NCI）把PDX和人源腫瘤細(xì)胞系（Patient Derived Cell line，PDC）放入指南，建議大家放棄使用傳統(tǒng)的NCI-60或ATCC 的腫瘤細(xì)胞系，改為PDX和PDC。

PDX模型是指將病人的新鮮腫瘤組織移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，依靠小鼠提供的環(huán)境生長(zhǎng)的一種異種移植模型。這種模型保留了原代腫瘤的微環(huán)境和組織病理學(xué)及遺傳學(xué)特征，對(duì)于篩選抗癌藥物以及預(yù)測(cè)患者療效、毒副作用、吸收程度等具有重要意義；此外，PDX模型可以保留原代病人腫瘤的特性，可以作為活體腫瘤用于保存和傳代，為腫瘤學(xué)研究提供非常寶貴的研究標(biāo)本。PDX模型平臺(tái)是精準(zhǔn)醫(yī)療中不可或缺的重要技術(shù)手段，如果說(shuō)二代測(cè)序（NGS）技術(shù)能解決25%病人的藥物選擇問(wèn)題，PDX模型等功能性藥敏檢測(cè)則解決另外75%病人的精準(zhǔn)用藥問(wèn)題。個(gè)體化的PDX模型將成為腫瘤治療中的一大助力，幫助醫(yī)師為患者制定獨(dú)一無(wú)二，最為適宜的治療方案。

PDX模型的構(gòu)建

PDX模型的建立方法是將新鮮外科手術(shù)腫瘤組織或活檢組織通過(guò)皮下或原位種植到免疫缺陷的小鼠身上，也有將腫瘤種植到血供更為豐富的腎包膜下。皮下移植因其操作簡(jiǎn)單、容易觀察、方便定期測(cè)量和適合傳代等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，但成功率相對(duì)較低，約40-60%，而且皮下異種移植瘤模型一般局限于皮下成團(tuán)生長(zhǎng)，很少出現(xiàn)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移瘤。腎包膜下移植因其血供比較豐富，成功率能達(dá)到95%以上，但腎包膜移植技術(shù)要求較高，受體小鼠的手術(shù)損傷較大，小鼠腎臟較小且腎包膜脆弱，操作容易失敗，且易導(dǎo)致感染，腎包膜下移植不能直接觀察腫瘤的大小也局限了其應(yīng)用范圍。與前兩種移植位點(diǎn)相比，原位移植更加貼近腫瘤微環(huán)境，尤其是在研究腫瘤轉(zhuǎn)移方面，原位移植模型最為理想，但由于原位移植對(duì)操作者的技術(shù)要求較高建模比較困難，也局限了其廣泛應(yīng)用。用于建立PDX模型的小鼠為免疫缺陷小鼠，常用BALB/C-Nude、NOD/SCID、NSG及NCG小鼠，其中NSG、NCG小鼠不但缺乏T細(xì)胞、B細(xì)胞和NK細(xì)胞，而且細(xì)胞因子信號(hào)傳遞能力缺失，對(duì)人源細(xì)胞和組織幾乎沒(méi)有排斥反應(yīng)，是目前國(guó)際公認(rèn)的免疫缺陷程度最高，最適合人源細(xì)胞或組織移植的工具小鼠。此外，腫瘤類型、腫瘤的惡性程度、組織離體時(shí)間及激素補(bǔ)充等也是影響PDX模型構(gòu)建成功的重要因素。

PDX模型的應(yīng)用

PDX模型是目前為止最為接近臨床研究的相關(guān)腫瘤模型，這種模擬人腫瘤特異性的模型對(duì)腫瘤臨床前評(píng)估、治療和預(yù)后具有重要的轉(zhuǎn)化意義，有望為腫瘤患者個(gè)體化治療帶來(lái)新突破。隨著社會(huì)和科技的發(fā)展，癌癥治療觀念正在發(fā)生根本性的改變，即由經(jīng)驗(yàn)科學(xué)向循證醫(yī)學(xué)、靶向性治療模式轉(zhuǎn)變。通過(guò)全基因組測(cè)序得到患者的全部遺傳變異數(shù)據(jù)，通過(guò)生物信息學(xué)計(jì)算得到在患者腫瘤發(fā)生發(fā)展中起顯著作用的基因變異，這些基因變異是腫瘤治療的敏感位點(diǎn)，選用靶向這些變異基因的小分子藥物有助于癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)療。同時(shí)，不同患者所攜帶的不同遺傳變異也決定了患者對(duì)藥物治療的敏感性。然而，一個(gè)腫瘤患者往往有多個(gè)遺傳變異位點(diǎn)，如何在這些潛在治療靶點(diǎn)中明確真正有效的靶點(diǎn)顯得尤為重要。為了解決這個(gè)問(wèn)題，PDX模型可作為“替身”模型用于藥物篩選、耐藥標(biāo)記物的篩選及預(yù)測(cè)評(píng)估臨床前個(gè)體化療效。此外，PDX模型資源庫(kù)的建立也為腫瘤研究提供了豐富的腫瘤資源庫(kù)。

PDX在臨床前藥物研發(fā)中應(yīng)用的個(gè)體化治療策略，如圖1所示，如研發(fā)一個(gè)治療結(jié)直腸癌的藥物，可通過(guò)構(gòu)建PDX模型資源庫(kù)，在系列結(jié)直腸癌PDX模型上開(kāi)展藥敏實(shí)驗(yàn)，每一例PDX代表一個(gè)特定病人，通過(guò)模型對(duì)藥物的反應(yīng)，將PDX模型中的有效組和無(wú)效組做系統(tǒng)的基因組和轉(zhuǎn)錄組分析，找出差異反應(yīng)的基因特征圖譜，對(duì)療效預(yù)測(cè)生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)及患者分群很有意義。另外，新藥在PDX模型的第一步驗(yàn)證，這樣可以避免直接上人體臨床實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。
 

圖1：個(gè)體化治療策略
（Hidalgo M, et al. Cancer Discov. 2014, 4(9):998-1013.）
 

PDX模型的不足與展望
PDX模型不能完全模擬體內(nèi)微環(huán)境。雖然PDX模型模擬了原代腫瘤的組織病理學(xué)、基因組結(jié)構(gòu)以及藥敏反應(yīng)，但在腫瘤移植過(guò)程中，PDX腫瘤的克隆型分布與患者原始腫瘤相比依然不同，PDX 的基因表達(dá)圖譜與轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)灶是重疊的，和與原發(fā)灶腫瘤有較大區(qū)別。
PDX模型的建模周期長(zhǎng)。移植瘤建模周期包括移植、小鼠體內(nèi)增殖及傳代，整個(gè)過(guò)程大約需要6-12個(gè)月，不能滿足術(shù)后就需制定化療方案的臨床需求。而PDX模型是在小鼠體內(nèi)壓力下生長(zhǎng)，只有有腫瘤干細(xì)胞特征的，高復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的細(xì)胞群體才得以擴(kuò)增，所以PDX模型藥敏檢測(cè)是用于1線治療失敗后，2-3線藥物的藥敏檢測(cè)。
PDX模型建模的成功率低。PDX建模過(guò)程中，腫瘤類型、腫瘤的惡性程度、組織中腫瘤細(xì)胞比例、組織離體時(shí)間、受體鼠、操作技術(shù)、移植部位、飼養(yǎng)環(huán)境等多種因素皆會(huì)影響建模的成功率。
淋巴瘤的形成。多種組織來(lái)源的PDX模型中皆出現(xiàn)淋巴瘤的報(bào)道，包括肺癌、肝癌、前列腺癌、胃癌等，這些淋巴瘤大多數(shù)是CD45陽(yáng)性的人源B細(xì)胞淋巴瘤，可能原因是免疫缺陷小鼠體內(nèi)缺乏免疫監(jiān)視，來(lái)源組織EBV感染使B淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)換成增殖狀態(tài)，從而導(dǎo)致B細(xì)胞淋巴瘤的形成。
 
結(jié)語(yǔ)
癌癥治療的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)需要來(lái)自基因組分析和藥物反應(yīng)的大數(shù)據(jù)整合，高通量測(cè)序技術(shù)的最新進(jìn)展使患者個(gè)人的癌癥基因組分析變成可能。PDX模型保留了原代腫瘤的組織病理、基因組特性、及藥物敏感性，并且可以作為患者“替身”來(lái)研究藥物反應(yīng)。這些PDX模型為多樣化的藥物開(kāi)發(fā)、生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)、臨床前的藥物測(cè)試、聯(lián)合臨床實(shí)驗(yàn)以及個(gè)體化藥物篩選提供了一個(gè)較為理想的平臺(tái)，此外，結(jié)合基因組序列及PDX模型藥物篩選，可以指導(dǎo)臨床用藥及提高療效，為精準(zhǔn)癌癥醫(yī)學(xué)提供新的機(jī)會(huì)。最后，結(jié)合測(cè)序數(shù)據(jù)以及替身實(shí)驗(yàn)的定向突變PDX模型將會(huì)給優(yōu)化治療，提高臨床療效，以及精準(zhǔn)癌癥醫(yī)學(xué)提供新的機(jī)會(huì)。