胶质母细胞瘤(glioblastoma, GBM)是成人最常见且预后最差的原发性恶性脑肿瘤。尽管目前的标准治疗包括最大范围手术切除、放疗联合替莫唑胺化疗,但患者的中位生存期仍不足2年,复发后生存期更是不足1年。GBM的高度肿瘤内与肿瘤间异质性,以及复杂的免疫抑制微环境,是导致治疗抵抗和复发的主要原因。近年来,嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法在血液系统恶性肿瘤中取得了显著成功,但在实体瘤,尤其是GBM中疗效有限。
来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院(University of Pennsylvania Perelman School of Medicine)的研究团队,基于前期已建立了一种可快速(2-3周内)生成患者来源的GBM类器官(patient-derived glioblastoma organoids, GBOs)的方法,首次采用独特的平行设计方案:在复发性GBM患者接受自体双靶点(EGFR-IL13Rα2)CAR-T细胞治疗的同时,利用同一患者手术标本快速生成的GBO进行实时的体外共培养评估。该研究旨在探索GBO能否作为“实时替身”,反映患者体内CAR-T细胞的生物活性,并为个体化治疗反应提供前瞻性见解。
中文标题:患者来源的胶质母细胞瘤类器官作为实时替身评估临床CAR-T细胞治疗反应
期刊名称:Cell Stem Cell
影响因子:20.4
发表时间:2025年2月6日
01
研究亮点
1.首次在临床试验中实现患者与患者来源类器官的平行CAR-T治疗评估;
2.GBO可在2-3周内快速生成,满足临床治疗时间窗口;
3.GBO中的细胞溶解率与患者体内CAR-T嵌合水平正相关;
4.GBO中的细胞因子释放动态与患者脑脊液中细胞因子趋势一致;
5.揭示了CAR-T治疗后可导致靶抗原减少,这一信息在临床中无法直接获取。
02
研究思路
1.患者入组与手术:6名复发性GBM患者接受肿瘤减灭术并置入Ommaya囊。
2.组织处理:从手术标本中快速生成GBO(2-3周内),同时制备自体双靶点CAR-T细胞(靶向EGFR和IL13Rα2)。
3.平行治疗:
患者:接受鞘内单次CAR-T细胞输注。
GBO:与同一批CAR-T细胞共培养(效靶比1:10,6天)。
4.评估指标:
GBO:细胞溶解(阻抗法)、抗原表达(流式/免疫组化)、T细胞活化(CD3/Ki-67/Granzyme B)、细胞因子(IFN-γ, TNF-α, IL-2)。
患者:脑脊液中CAR-T细胞嵌合水平、细胞因子水平、影像学变化。
5.相关性分析:将GBO中的反应与患者临床指标进行对比。
03
研究结果
▏GBO成功保留了CAR-T靶向抗原
前因:需确认GBO是否保留原发肿瘤中CAR-T细胞所靶向的EGFR和IL13Rα2抗原,以保证后续治疗评估的可靠性。
结果:免疫组化显示,所有6名患者的GBO在培养21天后,EGFR和IL13Rα2的表达水平与原发肿瘤组织相当,无明显丢失。
结论:GBO可用于模拟患者肿瘤的抗原特征,适合进行CAR-T细胞治疗反应的实时评估。
Fig S1. GBO生成及靶抗原保留情况
A:6名患者GBO生成成功的代表性明场图像。
B–G:免疫组化显示患者1-6的GBO(21天)与原发肿瘤组织(0天)中EGFR和IL13Rα2表达水平相当。
H:双靶点CAR载体结构示意图(EGFR CAR和IL13Rα2 CAR通过P2A连接)。
▏CAR-T细胞在GBO中诱导明显的肿瘤细胞溶解
前因:将患者自体CAR-T细胞与GBO共培养6天,使用阻抗平台实时监测细胞杀伤能力。
结果:
阻抗值显著下降,表明肿瘤细胞被有效杀伤(图1B)。
免疫荧光显示CD3+ T细胞浸润GBO,并出现cleaved-caspase 3阳性的凋亡细胞(图1C)。
所有6名患者的GBO均表现出显著的细胞溶解(图1D、1E)。
结论:CAR-T细胞在GBO中具有直接且高效的抗肿瘤活性。
▏GBO早期细胞溶解程度与患者体内CAR-T嵌合水平正相关
前因:验证GBO的体外反应是否能够反映患者体内CAR-T细胞的扩增和嵌合能力。
结果:GBO共培养24小时时的细胞溶解率,与患者脑脊液中CAR-T细胞的峰值嵌合水平呈强正相关(Pearson相关)。
结论:GBO的短期反应可作为预测患者体内CAR-T细胞功能的有效指标。
Fig 1. 患者匹配的GBO与CAR-T细胞共培养导致肿瘤细胞溶解,且溶解程度与患者脑脊液中CAR-T嵌合水平正相关
A:临床试验及平行GBO实验的时间线示意图。
B:阻抗法检测GBO与自体CAR-T细胞共培养144小时内细胞溶解情况,处理组阻抗显著低于未处理组。
C:代表性免疫荧光图像(明场、DAPI、CD3、cleaved-caspase 3),显示处理组GBO中有CD3+ T细胞浸润及凋亡细胞。
D:终点细胞溶解率统计,所有患者处理组均显著高于未处理组。
E:cleaved-caspase 3阳性细胞比例定量,处理组显著升高。
F:24小时GBO细胞溶解率与患者脑脊液中CAR-T细胞峰值嵌合水平呈正相关(Pearson相关)。
▏CAR-T细胞在GBO中被激活并增殖
前因:需要确认GBO中的CAR-T细胞是否真正被活化并发挥功能。
结果:
CD3+ T细胞大量浸润GBO(图2B)。
这些T细胞表达增殖标志物Ki‑67(图2C)、杀伤酶Granzyme B和早期活化标志CD69(图S3D、S3E)。
结论:CAR-T细胞在GBO中不仅浸润,而且持续增殖并保持活化状态。
Fig 2. GBO共培养诱导患者匹配的CAR-T细胞显著表达活化标志物
A:流式细胞术检测患者CAR-T细胞产品中EGFR CAR和IL13Rα2 CAR的单阳及双阳表达。
B:免疫荧光图像(CD3、Ki-67、DAPI),显示处理组GBO中CD3+ T细胞浸润且表达Ki-67。
C:Ki-67阳性T细胞比例定量,所有患者均显示高水平增殖。
Fig S3. GBO中CAR-T细胞的早期活化和持续性杀伤
A:免疫荧光显示共培养3天后cleaved-caspase 3阳性细胞。
B:3天时cCasp3定量,处理组显著高于未处理组。
C:CD3(红)与Nestin(绿)共染,显示CAR-T细胞清除GBO边缘的Nestin+肿瘤细胞。
D:Granzyme B表达,显示处理组GBO中CD3+ T细胞表达Granzyme B。
E:CD69表达,显示处理组GBO中CD3+ T细胞表达早期活化标志CD69。
▏CAR-T处理后GBO中的靶抗原显著减少
前因:临床中无法获取患者治疗后的肿瘤组织,因而无法直接观察抗原变化,需通过GBO间接评估。
结果:
流式细胞术显示,处理后EGFR/IL13Rα2双阳性细胞显著减少,双阴性细胞增加(图3A、3B)。
部分患者出现单抗原阳性细胞比例的变化,提示双靶点设计具有互补优势(图3B)。
结论:CAR-T细胞可有效清除抗原阳性肿瘤细胞,GBO可用于监测抗原动态变化。
Fig 3. GBO与患者匹配的CAR-T细胞共培养后靶抗原表达减少
A:流式细胞术散点图,比较未处理(上)与处理(下)GBO中EGFR单阳、IL13Rα2单阳及双阳细胞比例,处理后双阳细胞显著减少。
B:定量分析显示,处理后双阳性细胞比例下降,双阴性细胞比例上升;部分患者出现单阳性比例变化。
Fig S4. GBO中CAR-T处理后靶抗原减少及细胞因子对照
A:免疫组化图像显示未处理GBO中EGFR和IL13Rα2表达,处理后表达减弱。
B:定量分析显示处理后EGFR和IL13Rα2阳性面积显著下降。
C:对照实验显示,靶向CAR-T处理组中靶抗原与cleaved-caspase 3共定位。
D:流式定量显示,仅靶向CAR-T组双阳性细胞显著减少,CD19 CAR-T或未转导T细胞无此效应。
▏GBO中细胞因子释放动态与患者脑脊液高度一致
前因:评估GBO中的免疫反应是否能模拟患者体内的炎症反应。
结果:
GBO共培养上清中IFN‑γ、TNF‑α、IL‑2在1‑2天达峰后逐渐下降(图4A、4B)。
这些细胞因子的动态变化与患者脑脊液中的趋势高度一致,统计学上无显著差异(图4C)。
结论:GBO可重现患者体内CAR-T细胞激活后的细胞因子释放模式,为疗效监测提供替代平台。
Fig 4. 患者匹配的GBO培养基与患者脑脊液中关键细胞因子(TNF-α、IL-2、IFN-γ)趋势一致
A:各患者脑脊液及对应GBO培养基中三种细胞因子的时间变化曲线(峰值在前4天)。
B:所有患者合并趋势线,显示GBO与脑脊液中细胞因子动态高度相似。
C:各时间点GBO与脑脊液细胞因子浓度比较,无统计学显著差异(ns, p>0.05)。
总结与展望
本文建立了患者来源的胶质母细胞瘤类器官(GBO)与I期临床试验平行评估的新范式,通过将GBO与自体双靶点CAR-T细胞共培养,成功实现了对患者体内CAR-T细胞抗肿瘤活性及细胞因子反应的实时预测。类器官作为患者的“实时替身”,可在治疗窗口内模拟肿瘤杀伤、抗原动态及免疫活化过程,为个体化免疫疗效评估提供了可靠平台。
当前技术的主要局限性:
样本量较小:本研究仅分析了临床试验中前6名患者的数据,但仍需更大样本量的研究来进一步确认和推广这些结论。
手术组织量有限,实验项目受限:复发性GBM患者的手术标本较为稀缺,加上需在2-3周内完成GBO生成以匹配临床治疗时间窗,导致可用于实验的GBO数量有限。
无法精确模拟体内效靶比:由于无法准确获知每位患者体内肿瘤细胞与CAR-T细胞的实际比例,研究统一采用了10:1(肿瘤细胞:CAR-T细胞)的体外效靶比。该比例虽基于经验估算,但可能无法完全反映体内复杂情况。
部分临床样本无法获取:受临床诊疗常规和伦理限制,某些时间点(如CAR-T治疗后早期)的患者肿瘤组织或脑脊液样本无法采集,因此无法直接验证抗原变化或细胞因子动态的某些细节。
未来需扩大样本量并开展多中心验证,优化GBO培养与扩增效率,并利用该模型深入探索肿瘤抗原逃逸机制及CAR-T细胞耗竭过程。更重要的是,GBO有望作为个体化药物筛选平台,在临床决策前快速评估多种候选疗法(如不同靶点CAR-T、免疫药物或化疗),从而为患者匹配最优治疗方案,延长治疗响应时间。
参考文献
Xin Wang, Meghan Logun, Yusha Sun, Stephen J Bagley, Nannan Li, Arati Desai, Daniel Y Zhang, MacLean P Nasrallah, Emily Ling-Lin Pai, Bike Su Oner, Gabriela Plesa, Donald Siegel, Zev A Binder, Guo-li Ming, Hongjun Song, Donald M O’Rourke, TMOD-02. PATIENT-DERIVED GLIOBLASTOMA ORGANOIDS AS REAL-TIME AVATARS FOR ASSESSING RESPONSES TO CLINICAL CAR-T CELL THERAPY, Cell Stem Cell, Volume 26, Issue Supplement_8, November 2024, Pages viii318–viii319, https://doi.org/10.1093/neuonc/noae165.1266
扫描添加小助手获取原文
A
BOUT Ark Future
关于方舟未来
方舟未来生命科学(Ark Future) 是一家以高保真类器官技术为核心,深度融合基因工程与细胞工程的创新驱动型生物科技企业。
我们致力于打造全球领先的“基因解码—模型构建—药效评价—临床辅助决策”全栈式技术平台。依托自主研发的底层自动化培养系统与多模态AI表型分析技术,方舟未来已建成涵盖人源、鼠源及 hPSC 来源的标准化类器官生物样本库,深度覆盖肿瘤、遗传病及罕见病模型。通过将类器官功能表型与精准基因编辑、重编程及定向诱导分化技术高度集成,我们为全球生物医药企业及医疗机构提供从分子机制解析、高通量药物筛选、新药评价到个体化精准用药的定制化解决方案。
方舟未来以数据为基石,以模型为驱动,旨在缩短新药研发周期,提升患者临床获益,携手顶尖科研力量,引领类器官技术的产业化范式变革。
公司地址:上海市浦东新区金科路2966号康达源谷1号楼
邮箱:service@arkfuture.com.cn
电话:400-668-8274
官网:www.arkfuture.com.cn
同舟共济 方舟未来 | Ark Future全国合作伙伴招募计划
随着类器官技术的快速发展,科研市场对标准化类器官产品与解决方案需求不断增长。我们现面向全国招募合作伙伴,共同推动类器官技术在科研领域的应用。
合作方向包括:
科研试剂代理
区域渠道合作
技术推广合作
科研服务合作
我们将为合作伙伴提供:
完整产品体系支持
技术培训与实验指导
市场推广物料支持
区域保护政策
与方舟未来合作,您将获得:
高成长性的类器官科研市场
具有技术壁垒的核心产品体系
持续迭代的创新技术平台
完善的技术与市场支持
📩 合作咨询 / 产品咨询欢迎扫描下方二维码添加微信
/Ark Future
欢迎有志于深耕生命科学领域的合作伙伴加入,共同拓展类器官科研市场!
编辑丨月亮
排版丨舟舟
审核丨舟舟
往期推荐:
Nature Cell Biology丨无需转基因,人类干细胞自组织形成三胚层胚胎模型
Burns & Trauma丨不只是迷你器官!基因编辑、器官芯片、AI虚拟孪生…五大技术如何重塑类器官研究
STTT丨iPSC-derived巨噬细胞+ACE过表达=肿瘤体积缩小86%
Cell Stem Cell | eIF4G2如何通过表观遗传锁定成体干细胞身份
Nature丨高达95%的递送效率!新型双特异性抗体桥接技术,或将改写线粒体疾病治疗格局
Nature Reviews Molecular Cell Biology丨Hans Clevers团队最新综述,类器官2.0时代!如何造出更真实的人体“迷你器官”?