摘要：肉瘤是一种具有肿瘤间和肿瘤内异质性的恶性肿瘤。患者来源的类器官能够构建在体外稳定重现亲代肿瘤多方面特征的体系，因此利用患者来源类器官进行药物筛选和精准医疗的理念极具吸引力。
肉瘤是一种具有肿瘤间和肿瘤内异质性的恶性肿瘤。患者来源的类器官能够构建在体外稳定重现亲代肿瘤多方面特征的体系，因此利用患者来源类器官进行药物筛选和精准医疗的理念极具吸引力。
本文描述了一个来源于患者肿瘤组织的软组织肉瘤和骨肉瘤（STBS）类器官生物样本库。总共建立了44株STBS类器官系，涵盖了八种STBS亚型。
这些STBS类器官忠实地重现了相应肿瘤的组织学特征、突变谱、基因表达谱以及细胞多样性。
STBS类器官不仅可以用于筛选化疗药物和靶向治疗药物，还可以用于预测免疫反应。研究数据表明，STBS类器官在基础研究以及设计个性化肉瘤治疗方案方面均具有重要潜力。
文章介绍
题目：生成患者来源的肉瘤类器官，用于个性化药物筛选和精准癌症免疫治疗
杂志：Biomaterials
影响因子：12.9
发表时间：2025年7月
#1
研究背景
Background
根据肿瘤最初发生的组织类型，肉瘤大致可分为两大类，包括软组织肉瘤和骨肉瘤。
尽管过去几年中肉瘤研究显著增加，但临床前发现仅部分转化为治疗上的突破。临床前模型的普遍缺乏是导致实验室研究成果与临床实际疗效之间存在差距的原因之一。因此，亟需能够及时反映肉瘤异质性和分子特征的可靠模型，以推动药物研发和个性化医疗的发展。
先前已有研究报道了滑膜肉瘤类器官、肺转移性骨肉瘤类器官以及多种软组织肉瘤类器官的构建。但这些研究中仅建立了少量类器官，且所有类器官均采用单细胞分离法制备。
目前，尚未建立包含免疫或结缔组织成分的软组织肉瘤和骨肉瘤（STBS）类器官生物样本库。
本研究可在两周内无需单细胞解离即可从临床肿瘤组织中建立STBS类器官，成功构建了8种典型的STBS类器官亚型，并通过全面的组织学、分子及基因组分析对其进行了表征。这些STBS类器官再现了肿瘤间和肿瘤内的异质性，并保留了相应原发肿瘤的分子特征。
此外，STBS类器官可用于精准预测肿瘤对化疗药物及靶向治疗药物的反应，进而可用于优化这些药物治疗方案，以减少潜在的副作用。单细胞转录组分析证实，STBS类器官保留了肿瘤微环境（TME）中广泛的细胞类型异质性，但T细胞数量很少。
随后开发了两种类型的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T），利用STBS类器官可以准确预测STBS对CAR-T细胞的敏感性，从而为个性化免疫治疗提供依据。
#2
研究关键点
Key Points of Research
1. 构建患者来源的类器官（PDO）模型，形成保留原发肿瘤组织学特征和分子特征的类器官。
2. 将构建成功的STBS类器官用于体外药物敏感性测试，包括化疗、靶向治疗及免疫治疗药物，评估不同药物组合的疗效。
3. 通过共培养类器官与患者自体免疫细胞，评估免疫治疗反应，探索STBS类器官能否预测患者对免疫治疗的个体响应，为临床精准免疫治疗提供依据。
#3
研究结果
Results
1、STBS类器官生物样本库的建立
获取原发性或转移性肿瘤组织后，为保持原始组织结构及TME，该研究将肿瘤组织机械解离成直径约100 μm的小块，用于3D培养，而非将其解离为单细胞。STBS类器官在添加生长因子EGF的标准类器官基础培养基中培养。
解离后的肿瘤组织在两周内形成球形类器官，随后再次通过机械解离成小块后进行传代或冷冻保存（图1a）。其中有6个类器官是通过细针穿刺活检建立的，表明该方法适用于极少量组织样本。最终共成功建立了44个STBS类器官，成功率为72.13%，涵盖了STBS的8种典型亚型（图1b-c）。
图1
8种亚型的STBS类器官在细胞与核的形态上与其对应的原发肿瘤组织相似。与相应的原发肿瘤一致，滑膜肉瘤、纤维肉瘤、脂肪肉瘤、尤文肉瘤、软骨肉瘤、骨肉瘤和骨巨细胞瘤类器官中分别表达相应的病理学标志物SS18-SSX、Vimentin、MDM2、CD99、S100、RUNX2和H3.3G34W。对于未分化多形性肉瘤（UPS）类器官及其对应肿瘤，Ki-67的表达模式也呈现相似性（图1d）。
综上所述，这些数据证实STBS类器官能够再现其对应原发肿瘤的一般组织学特征。
图1
2、STBS类器官与肿瘤的基因组学分析
大多数STBS类器官保留了其对应母体肿瘤中超过95%的突变谱。随后分析与STBS相关的突变、扩增或缺失，包括涉及TP53、CAMTA1、ERBB2、MSH6、ROS1、EGFR、KDR和LRP1B等基因的变异。
重要的是，母体肿瘤中鉴定出的大多数变异也在相应的STBS类器官中被检测到（图2b）。全基因组拷贝数变异的比较结果显示，8种亚型STBS肿瘤中，拷贝数的缺失和扩增主要出现在类器官中。
图2
随后将该研究中滑膜肉瘤、纤维肉瘤、脂肪肉瘤和GCTB的突变谱及高频突变基因的体细胞突变与TCGA数据库进行了比较。
令人惊讶的是，比较结果显示两个数据集之间存在不一致性。进一步分析表明，TCGA数据库中的患者主要来自美国，而本研究中的患者为中国人群。因此，推测这种差异可能是由于患者遗传背景和生活环境的不同所致。此外，STBS类器官携带了其对应肿瘤中大部分常见的基因组改变。
综合这些基因组分析结果表明，STBS类器官能够高度重现肿瘤组织的多样化基因组特征，并反映出STBS肿瘤的分子异质性。理解这种异质性对于药物研发和个性化治疗至关重要。
3、STBS类器官中细胞组成与分子特征的保留
根据10个最丰富的基因表达谱及聚类相关性分析，在纤维肉瘤组织中鉴定出11个细胞群。基于细胞特异性标志物，将纤维肉瘤的全部细胞群体划分为8种细胞类型，包括平滑肌细胞、成纤维细胞活化蛋白阳性癌症相关成纤维细胞（FAP+CAF）、FAP−CAF、肌成纤维细胞、自然杀伤细胞（NK）、内皮细胞、巨噬细胞以及间充质基质细胞（MSC）。
通过使用相同的细胞标志物，在纤维肉瘤类器官中也检测到了所有11个细胞群，包括免疫细胞和基质细胞，这表明类器官保留了相应肿瘤的细胞类型和分子异质性。
根据最丰富的基因表达谱及聚类相关性分析，将骨肉瘤组织划分为10个细胞群。同时，基于细胞特异性标志物骨肉瘤也被分为8种细胞类型，包括成骨细胞、成纤维细胞、MSC、增殖性成骨细胞、巨噬细胞、内皮细胞、上皮细胞、NK细胞。
同样地，骨肉瘤类器官保留了相应肿瘤中的所有细胞群，包括免疫细胞和基质细胞。随后检测了肿瘤异质性，纤维肉瘤和骨肉瘤类器官的拷贝数变异谱计算结果显示，其与相应肿瘤的模式相似。
总体而言，STBS类器官忠实地再现了其母体肿瘤的细胞组成，以及在基因组水平上的分子特征。
4、STBS类器官在长期培养及异种移植中的稳定性
100%的类器官均可成功冷冻保存、复苏，并在两周内增殖形成类器官。
对纤维肉瘤（SO-11）和GCTB（SO-35）类器官在连续传代2次、4次和6次后（分别对应P2、P4和P6）的组织学特征进行首次分析。与最初生成的类器官（P0）相比，所有传代的类器官均显示出相似的细胞和细胞核结构，以及相似的波形蛋白和H3.3G34W表达模式（图3a）。
图3
主成分分析数据显示，P0、P2和P4代的纤维肉瘤与GCTB类器官聚集成紧密的簇，而P6代类器官则略微分离。特定基因的表达模式在P2或P4代的纤维肉瘤或GCTB类器官之间没有显著差异，但P6代类器官中某些基因与P0代相比存在差异表达。
对于纤维肉瘤和GCTB类器官，P0、P2和P4代之间具有强相关性。P6代纤维肉瘤类器官与P0组相关性较好，但P6代GCTB类器官的相关性则不强。这些结果表明，STBS类器官至少在传代至第6代时，仍能较大程度地保持其组织学和基因组特征。
该研究还通过将STBS类器官异种移植到免疫缺陷小鼠体内，进行体内研究并重新衍生类器官。通过将滑膜肉瘤（SO-23）和GCTB（SO-36）类器官注射入小鼠体内并维持约两周时间，成功建立了异种移植模型。
这些小鼠中收集异种移植物，并进一步衍生为离体类器官。小鼠体内的STBS类器官异种移植物及所衍生的异种类器官均重现了相应滑膜肉瘤或GCTB肿瘤的形态学和组织学特征（图3e）。
图3
4、使用STBS类器官进行药物筛选
在体外用异环磷酰胺（IFO；10 μM）、长春新碱（VCR；0.5 μM）、多柔比星（DOX；2 μM）、卡铂（CBP；10 μM）和甲氨蝶呤（MTX；10 μM）处理后，记录了包括纤维肉瘤（SO-7）、低级别纤维肉瘤（SO-16）、隆突性皮肤纤维肉瘤（DFSP；SO-32）和GCTB（SO-35）在内的STBS类器官的大小。
4个STBS类器官系对各种化疗药物表现出不同的反应性，SO-7类器官对MTX耐药，但对IFO、VCR和DOX敏感（图4a）。SO-16类器官对所有五种药物均敏感，而SO-32和SO-35类器官对CBP耐药（图4b–d）。
图4
采用临床上用于治疗的目标药物对STBS类器官进行处理。对GCTB（SO-42）、DFSP（SO-31和SO-32）以及尤文氏肉瘤（SO-4）类器官分别使用地诺单抗和伊马替尼进行处理。
DFSP类器官（SO-31和SO-32）对伊马替尼敏感，但对地诺单抗不敏感。GCTB类器官（SO-42）对地诺单抗的敏感性高于伊马替尼，而尤文氏肉瘤类器官（SO-4）对这两种靶向治疗药物均表现出耐药性。未观察到包括U2OS、143B或HOS在内的任何肉瘤细胞系在伊马替尼或地诺单抗处理后产生反应（图5a-d）。
综上所述，这些数据表明STBS类器官可用于筛选化疗药物及靶向治疗药物。
图5
6、利用STBS类器官预测肉瘤患者的临床治疗结局
一名尤文氏肉瘤（ES）患者在手术后接受了联合化疗，根据MRI检查，其治疗效果良好且未出现肿瘤复发（图6a）。在使用IFO+VCR+DOX治疗7天后，患者的白细胞和血小板数量显著下降，最终不得不退出联合化疗（图6b）。
从该患者体内建立了类器官（SO-4），并分别用IFO、VCR和DOX单独处理或联合处理该类器官。IFO+VCR+DOX强烈抑制了SO-4 ES类器官的生长，单独使用IFO或VCR对类器官生长影响极小（图6c–d）。单独使用DOX在抑制类器官生长方面与IFO+VCR+DOX联合治疗同样有效。因此，预测这名特定患者只需接受DOX治疗，而非三种药物的联合治疗。
图6
仅使用DOX治疗并未显著改变小鼠的体重，且未观察到白细胞、血小板和淋巴细胞水平降低的副作用（图6e）。仅使用DOX治疗也显著减小了由SO-4 ES类器官形成的肿瘤体积与重量（图6f–h）。经DOX处理后，有相当比例的肿瘤细胞失去活力，且Ki67的表达显著降低（图6i）。
综上所述，STBS类器官可以作为一个有价值的平台，用于预测临床治疗效果，从而减轻过度治疗带来的负担。
图6
检测了滑膜肉瘤（SO-23）和尤文氏肉瘤（SO-4）类器官中的GD2+肿瘤细胞，发现约81%的SO-23类器官和36%的SO-4类器官表达了GD2。随后将SO-4和SO-23类器官与GD2-CAR-T或CD19-CAR-T细胞共培养，并在第0、1、2和3天分析GD2+肿瘤细胞的比例。
与GD2-CAR-T细胞共培养后，SO-23类器官中GD2+肿瘤细胞的比例从约81%下降至约30%。相比之下，CD19-CAR-T细胞并未显著改变GD2+肿瘤细胞的比例。
类似地，在SO-4类器官中，经GD2-CAR-T细胞处理后GD2+肿瘤细胞的比例也有所下降，但效果不如在SO-23类器官中显著。这可能反映了在GD2阳性肿瘤细胞比例更高的SO-23类器官中，GD2-CAR-T细胞被更有效地激活。
由于SO-23类器官表达相对较高水平的GD-2，GD2-CAR-T细胞被其激活并扩增（图7c）。在与SO-23类器官共培养时，观察到IL-2、TNF-α和IFN-γ的分泌量更高，这进一步证实了SO-23类器官能更好地激活GD2-CAR-T细胞。
图7
经过3天共培养后，与其他组相比，GD2-CAR-T细胞（CD3阳性）明显侵入了SO-23类器官（图7e）。
综上所述，CAR-T细胞免疫疗法可能是一种可行的肉瘤免疫治疗方案，而且可以利用STBS类器官快速预测肿瘤对CAR-T细胞治疗的反应。
图7
小结
该研究建立了一个包含8种STBS亚型的类器官生物样本库，用于药物筛选、免疫治疗预测及潜在药物研发。患者来源的STBS类器官能够重现相应肿瘤的形态学、组织学和分子特征。
结合临床治疗实践，这些类器官可快速识别对不同化疗药物的敏感性，从而避免因过度治疗引发的副作用。此外，TME中的多种细胞类型在STBS类器官中得到了良好保留，这一特性对于开展与软组织肉瘤相关的基础与转化研究至关重要。
鉴于在纤维肉瘤和骨肉瘤肿瘤中观察到的T细胞数量有限，该研究开发了GD2-CAR-T细胞，并证实了STBS类器官在预测对GD2-CAR-T细胞治疗反应方面的实用性。
综上所述，STBS类器官将成为未来软组织肉瘤研究和精准治疗中的一项重要工具。
参考文献
Ma H, Li X, Li J, Bu J, Li X, Zhang J, Yu S, Nie G, Wang H, Feng H. Generation of patient-derived sarcoma organoids for personalized drug screening and precision cancer immunotherapy. Biomaterials. 2026 Jan;324:123546. doi: 10.1016/j.biomaterials.2025.123546.
来源：培养盒守护者
