从患者到肿瘤类器官:培养方案选择控制胶质母细胞瘤肿瘤结构和特性

From patient to tumor organoid: Culture protocol choice controls glioblastoma tumor architecture and identity

作者信息Jana Slovackova, Ondrej Bernatik, Katarina Cimborova, Martin Barak, Michal Hendrych, Karolina Kocourkova, Marie Sulcova, Jaroslav Olha, Katerina Amruz Cerna, Zdenek Hodny, Radim Jancalek, Dasa Bohaciakova
PMID42503464
发布时间2026-07
DOI10.1111/bpa.70125

实验完整度

研究包含体外类器官培养(CUT和DIS)、蛋白质组学(DIA-MS)、组织学与免疫组化验证、多个患者样本的生物学重复,以及功能验证(如GFP标记、介质比较实验),证据层级多元且包含机制验证。

主要模型

患者来源的胶质母细胞瘤类器官(CUT和DIS方案) 六例原发胶质母细胞瘤患者肿瘤组织

重点核对

类器官培养方案(CUT与DIS) 培养基条件(GBO与NBM) 培养时间:30天 样本量:技术重复组10个、生物学重复5例患者,每组3个类器官池 质谱数据采集模式:DIA,FDR 1%

摘要

患者来源的肿瘤类器官广泛应用于癌症研究,但模型生成过程中组织处理对其生物学影响仍不清楚。基于片段和基于解离(DIS)的方法通常被认为在保真度和均一性之间权衡,但其分子后果尚未完全明确。为填补这一空白,我们使用定量质谱法对基于片段(切割培养[CUT])和DIS胶质母细胞瘤类器官方案进行了蛋白质组范围的比较。来自多位患者肿瘤的类器官在无生长因子或补充生长因子的条件下培养,并与匹配的原发组织进行比较。结果表明,两种方案在其天然培养基中培养时均产生了技术上稳健的胶质母细胞瘤类器官。然而,CUT类器官匹配了DIS培养的可重复性,同时保留了更广泛的细胞外基质(ECM)组成以及涉及胶原组装、血管支持和细胞-基质信号传导的网络。DIS培养偏向于外源性基底膜成分和增殖性、生长因子响应状态。在不同肿瘤中,CUT类器官始终表现出与匹配原发组织更高的蛋白质组相似性,保留了神经、胶质、基质和细胞外特征,而这些特征在DIS模型中大部分缺失。综上所述,基于片段的胶质母细胞瘤类器官既具有可重复性又具有生物学保真度。组织解离是重塑ECM组织、细胞状态和肿瘤特性的主要扰动,使方案选择成为模型保真度和转化相关性的关键决定因素。 关键词:细胞外基质,胶质母细胞瘤,蛋白质组学,肿瘤微环境,肿瘤类器官 胶质母细胞瘤类器官的制备方式决定了它们的结果。基于片段的培养保留了细胞外基质网络、细胞多样性和原发肿瘤特性,而基于解离的培养则转向适应生长的状态和简化的微环境。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
片段型和解离型胶质母细胞瘤类器官培养方案在分子组成和保真度上是否存在差异?
核心机制
组织解离破坏了内源性细胞外基质网络,导致解离型类器官依赖外源性基底膜成分(如Matrigel)并转向增殖、生长因子响应状态;而片段型培养保留了内源性ECM、细胞多样性和原发肿瘤特征。
主要证据
通过定量质谱比较CUT和DIS类器官与匹配原发肿瘤,发现CUT类器官保留更丰富的ECM蛋白(如胶原、蛋白聚糖)和更接近原发肿瘤的蛋白质组(相关系数更高),且共享更多原发肿瘤特异性蛋白(749 vs 15)。
研究意义
研究表明类器官培养方案的选择是决定模型保真度和转化相关性的关键因素,为根据实验目标选择合适的培养策略提供了分子框架。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

原发肿瘤收集和处理

获取患者肿瘤组织用于类器官培养和蛋白质组分析

从六例手术切除的胶质母细胞瘤患者获取新鲜肿瘤组织,在冰冷Hibernate-A培养基中运输,1-2小时内处理,保留肿瘤核心的存活片段,部分肿瘤组织用于组织学参考。

2

片段型类器官培养(CUT)

建立保留组织结构的类器官模型

将肿瘤组织切成0.5-1 mm2的碎片,在GBO培养基(无外源生长因子、无Matrigel)中培养30天,置于轨道摇床上。

3

解离型类器官培养(DIS)

建立单细胞重聚合的类器官模型

将肿瘤组织用木瓜蛋白酶和DNase I消化成单细胞,过滤后重悬于Matrigel中,以约20000细胞/5μL液滴接种,在含EGF和FGF2的NBM培养基中培养30天。

4

培养基比较实验

区分方案效应与培养基效应

将CUT和DIS类器官分别在各自天然培养基和对方培养基中平行培养,进行匹配技术重复。

5

形态学和免疫组织化学验证

验证类器官的细胞组成和组织结构

对类器官和原发肿瘤进行固定、包埋、切片,进行H&E染色和针对GFAP、S100B、NSE、CD31的免疫组织化学染色。

6

蛋白质组学分析

比较不同培养条件下类器官蛋白质组的差异

提取蛋白,进行FASP消化,采用DIA质谱分析,数据处理包括差异蛋白富集、PCA、相关性分析等。

7

与原始肿瘤的比较分析

评估类器官对原发肿瘤的保真度

通过PCA、Pearson相关、UpSet图等比较类器官与原发肿瘤蛋白质组相似性,并进行差异蛋白富集分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Hibernate-A培养基GibcoA1247501
B27补充剂Gibco17504001
GlutaMAXGibco35050061
青霉素-链霉素Gibco15140122
两性霉素BGibco15290018
DMEM/F12培养基Gibco21331046
Neurobasal培养基Gibco21103049
非必需氨基酸Gibco11140035
Zell ShieldMinerva13-0150
N2补充剂Gibco17502048
无维生素A的B27补充剂Gibco12587010
人胰岛素Sigma-AldrichI9278-5ML
木瓜蛋白酶StemCell Technology7465
脱氧核糖核酸酶IStemCell Technology100-0762
37 μm细胞筛PluriSelect43-50040-51
红细胞裂解液PluriSelect60-00051-10
生长因子减少的MatrigelCorning734-1440
重组人EGFPeprotech100-47-10UG
重组人FGF2Peprotech100-18B-10UG
腺病毒GFPVector Biolabs1060
琼脂糖Sigma-AldrichA9414-25G
TOMO粘附载玻片MatsunamiTOM-1190
BenchMark ULTRAVentana Medical Systems--
Ultra View DAB免疫组织化学检测试剂盒Ventana Medical Systems--
ZEISS Axioscan 7显微镜Zeiss--
十二烷基硫酸钠--151-21-3
二硫苏糖醇--3483-12-3
胰蛋白酶Sigma-AldrichEMS0005
UltiMate 3000 RSLCnano系统Thermo Fisher Scientific--
timsTOF HT质谱仪Bruker--
PepMap Neo捕集柱Thermo Fisher Scientific--
Aurora C18分析柱Ion OpticksPN AUR3-25075C18-CSI
Captive Spray离子源Bruker--
DIA-NN----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
原发肿瘤收集
患者数量:6例;组织运输条件:冰浴Hibernate-A培养基,1-2小时内处理
阅读提示:2.1 原发肿瘤收集
CUT培养
碎片大小:0.5-1 mm2;培养基:GBO(无生长因子);培养时间:30天;摇床转速:90 rpm
阅读提示:2.2 片段型(结构保留)类器官培养
DIS培养
酶解条件:木瓜蛋白酶和DNase I,60分钟;细胞数量:约20000细胞/5μL液滴;培养基:NBM(含EGF和FGF2各20 ng/mL)
阅读提示:2.3 解离型(单细胞重聚合)类器官培养
培养基比较
条件:CUT在GBO或NBM;DIS在NBM或GBO;技术重复
阅读提示:2.5 培养基比较实验
蛋白质组学
质谱模式:DIA;FDR:1%;差异蛋白阈值:p<0.05,log2FC≥1或≤-1
阅读提示:2.7 蛋白质组学;2.8 数据分析