详细解读——【专家共识】肿瘤类器官及肿瘤类器官芯片在免疫细胞治疗药物抗肿瘤效应评价中的应用

 

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一、引言

（一）免疫细胞治疗药物的发展现状

免疫细胞治疗是突破性抗肿瘤免疫疗法，在血液肿瘤治疗中成效显著，在实体瘤治疗中也展现出巨大应用潜力。其核心是通过改造或激活患者自身免疫细胞（如 T 细胞），增强识别与杀伤能力，精准攻击靶细胞，具有选择性高、不良反应低的特点。

目前，CAR-T 细胞在多发性骨髓瘤等血液肿瘤中取得突破性疗效，TCR-T 细胞在实体瘤治疗中潜力可期，自然杀伤细胞、巨噬细胞和树突状细胞等新一代免疫细胞治疗药物也成为研究焦点，多个相关药物已获批上市。

（二）传统评价模型的局限性

传统动物模型和二维细胞模型在免疫细胞治疗药物非临床评价中存在明显不足：

• 动物模型：因免疫细胞治疗药物为人源细胞，常用遗传性免疫缺陷动物、免疫抑制状态动物及人源化动物进行研究，但这类模型无法准确模拟人体肿瘤负荷、肿瘤 - 基质相互作用及内源性宿主免疫参与情况，导致药物药理功能可能被低估，预测性较差。例如，靶向 BCMA 的 CAR-T 细胞在患者体内的扩增效力比在异种移植小鼠中高出约 10 倍。
• 二维细胞培养系统：虽在靶向生物学、交叉反应性等方面有一定优势，但存在抗原靶点表达单一、与体内表达差异大，无法复制肿瘤三维空间结构、细胞外基质沉积及营养梯度，难以模拟肿瘤微环境中细胞间相互作用等缺陷，关键参数易被高估或低估，模型预测价值有限。

（三）肿瘤类器官及肿瘤类器官芯片的应用价值与共识制定意义

肿瘤类器官（多为患者来源的 PDO）可高度还原肿瘤组织学、遗传学及异质性特征；肿瘤类器官芯片融合类器官与芯片技术，通过多流道设计和微流控技术，实现多细胞动态共培养，能更完整再现肿瘤微环境，为免疫细胞治疗药物评价提供了更可靠、高效的新工具。

但该技术应用标准化程度低，且免疫细胞治疗药物效应依赖与肿瘤的复杂交互作用，对模型生物学特性、培养体系及评价指标有独特要求。因此，亟需建立技术共识，规范评价流程，促进临床转化，并为新技术科学监管提供依据。

二、肿瘤类器官及肿瘤类器官芯片的一般要求（共识 2）

为保证模型数据科学、可靠、可重复，需满足以下要求：

（一）细胞类型及细胞来源

• 个性化治疗中，优先使用目标患者来源肿瘤组织构建类器官；临床前概念验证需使用多个患者来源类器官，反映肿瘤抗原表达异质性。
• 早期开发或药效筛选时，优先选择靶抗原高表达的类器官；可通过拉伸、流体力学刺激提高靶抗原表达水平。
• 可与免疫细胞、肿瘤相关成纤维细胞、血管内皮细胞等共培养，构建高仿生模型。

（二）样本数量

根据肿瘤异质性特点合理设置供体数量，药效评价供体数量不低于 3 例；同一供体重复样本数量不低于 3 个，以满足统计需求。

（三）培养条件

• 肿瘤组织经酶解、物理分离或直接培养碎片，通过浸没基质培养获得类器官，需在样本采集、保存、运输等环节做好质量控制。
• 培养基需含必需成分、特定生长因子、细胞因子及抑制因子，且根据器官类型调整添加物；共培养体系中需兼顾不同细胞活性。
• 选择光学特性适配的培养板或芯片材料；可对芯片进行包被处理，改善生物相容性，提高细胞黏附性和生长性能。

（四）肿瘤微环境重构

• 共培养模型：包括血管共培养（如使用 HUVEC 或 iPSC 分化的血管内皮细胞）、免疫共培养（重建途径或整体自体途径）、肿瘤相关成纤维细胞共培养等。
• 基质材料：可选择天然或合成材料，合成材料（如 GelMA）稳定性更高，需根据应用目的选择适配刚度和孔隙率的基质。
• 理化参数调控：精确调控氧气梯度、pH 值等，模拟缺氧等微环境特征，提升模型生理相关性。

三、肿瘤类器官及肿瘤类器官芯片的表征、验证与适用范围（共识 3）

（一）适用范围

适用于免疫细胞治疗药物有效性筛选、非临床有效性评价及概念验证，不涉及靶向或非靶向安全性评价。

（二）表征及接受标准

应用前需充分表征，确保与原发肿瘤特征一致，且在稳定培养代次内保留关键特性：

• 形态学观察：光学显微镜下观察类器官形态、大小、细胞排列及生长情况。
• 组织病理学与生物标志物：通过 HE 染色、IHC 染色，验证肿瘤细胞异型性、特异性标志物阳性表达及分布特征，评估与来源组织的相似性。
• 抗原表达谱：通过 IHC 或流式细胞术检测，确保类器官与来源组织靶抗原表达谱一致。
• 遗传特征：通过全外显子测序或 RNA 测序，验证基因表达模式、基因突变及染色体异常与来源组织相似。
• 生物学功能：检测增殖能力（如 Cell Titer Glo 试剂盒）、侵袭迁移能力（如划痕实验、Transwell 实验）等肿瘤生物学行为。
• 抗肿瘤效应验证：可选择工具 CAR-T 细胞、非转导 T 细胞等作为对照，评估模型反应性。

四、免疫细胞治疗药物抗肿瘤效应评价方法（共识 4）

（一）对照组设置

• 基因编辑类药物（如 CAR-T、TCR-T）：设置未转导特定基因的空白细胞对照组、溶媒对照组，及不表达特定靶抗原的肿瘤类器官对照组。
• 非基因编辑类药物（如肿瘤浸润淋巴细胞）：设置溶媒对照组即可。

（二）效应细胞与靶细胞比例及给予次数

• 通过预试验确定适宜 E∶T 比例，平衡肿瘤抗原负荷与不良反应风险。
• 对杀伤能力较弱的药物，可多次给予效应细胞，评价其持续抗肿瘤活性。

（三）检测终点

• 肿瘤杀伤作用：观察类器官形态，检测细胞存活率、LDH 释放等凋亡 / 死亡信号，结合图像分析、组织病理学分析评估肿瘤破坏程度。
• 细胞因子分泌：检测 IL-2、IL-15、IFN-γ、TNF-α 等刺激性细胞因子，及 IL-6、IL-10、TGF-β 等抑制性细胞因子的分泌水平。
• 免疫细胞激活、扩增与耗竭：检测 CD69、CD25 等激活标志物，及 PD-1、LAG-3、TIM-3 等耗竭相关标志物的表达水平。
• 免疫细胞浸润：评估免疫细胞在瘤周聚集及向肿瘤组织的浸润情况，尤其适用于实体肿瘤评价。

（四）数据分析与结果评价

分析类器官形态、大小、细胞存活及凋亡情况，评价药物抑制与杀伤效果；结合免疫细胞激活、扩增、耗竭、浸润及细胞因子动态分泌情况，阐明抗肿瘤效应机制。

五、局限性（共识 5）

尽管肿瘤类器官及芯片模型优势显著，但仍存在以下局限：

• 稳定性挑战：类器官构建、扩增、保存过程中，可能因污染或基因突变丢失导致特异特征改变，影响结果可靠性。
• 病理相关性不足：现有共培养模型无法完全模拟肿瘤微环境，缺乏多种免疫细胞协同作用及细胞 - 基质相互作用，对联合治疗评价的支撑有限；难以真实模拟肿瘤血管屏障及免疫细胞迁移过程。
• 验证不充分：技术标准化、可重复性有待提升，缺乏充足临床数据支持，商品化阳性 / 阴性药物获取困难，界定适用药物范围存在挑战。
• 样本来源差异：类器官库多取材于初次治疗患者，而免疫细胞治疗多用于复发 / 难治人群，两者肿瘤微环境、抗原表达可能存在差异，导致体外评价结果与临床疗效存在偏差。

六、结论

免疫细胞治疗是肿瘤治疗领域发展迅速、前景广阔的变革性疗法，但实体肿瘤的复杂性导致临床转化效率低下。

肿瘤类器官及肿瘤类器官芯片模型能保留肿瘤异质性和微环境特征，为药物评价及机制研究提供了更准确的工具。未来需通过提高模型病理相关性、标准化程度，增强预测能力，解决制造复杂、验证困难等问题，加速免疫细胞疗法的临床转化。

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