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新格元AccuraCode高通量RNA+TCR检测技术助力患者来源的免疫活性肿瘤类器官作为T细胞识别背景下的化疗评估模型
发布时间：2024-06-14 11:36:31  

南京大学化学化工学院李劼教授和南京鼓楼医院杨荣教授等合作，在Angewandte Chemie International Edition (IF16.6，Q1) 发表题为“Patient-derived Immunocompetent Tumor Organoids:A Platform for Chemotherapy Evaluation in the Context of T-cell Recognition”的论文，该研究构建了膀胱肿瘤患者来源的免疫维持类器官，首次在体外实验中成功地再现了铂化合物和免疫检查点抑制剂(ICIs)的联合肿瘤杀伤作用，同时为从T细胞视角评估铂类化疗药物的免疫协同作用，使用新格元生物公司的AccuraCode® HTP OneStep RNAseq Kit (1071066)（高通量bulk RNA-seq检测技术） 和 AccuraCode® TCR Library Construction Kit (13630104) （高通量bulk TCR-seq检测技术）对药物处理的BCO进行RNA-seq和TCR-seq分析，发现Pt-19和PD-1抑制剂的共同作用下实现了肿瘤反应性T细胞的扩增和激活，并发挥了基于T细胞的肿瘤杀伤作用。

下面和元小新一起来看看吧~

 

研究背景

化学家合成的大多数抗癌化合物主要是在细胞水平上对它们的直接细胞毒性作用进行评估，往往忽略了免疫系统的关键作用。本文开发了一个患者来源的、保留T细胞的肿瘤类器官模型，该模型可以在抗原特异性T细胞依赖杀伤的协同作用下评估化学药物的抗癌效果，这可能会揭示在简单的细胞毒性试验中遗漏的药物。

 

主要结论

本文评估了临床批准的铂(PT)药物和28种PtIV化合物的定制文库，观察到铂类药物的直接细胞毒性很低，但与免疫检查点抑制剂(ICIs)联合使用时的协同效应不同。相比之下，大多数PtIV化合物显示出强大的肿瘤杀伤能力。

  • 几种PtIV化合物与ICIs显示出显著的免疫抑制作用，在亚微摩尔浓度下表现得尤为突出。其中，具有肉桂酸盐轴向配体的Pt-19、PtIV类化合物是最具疗效的化合物，通过促进细胞毒性细胞因子的释放、激活免疫相关途径和促进T细胞受体(TCR)的克隆性增殖而显示出显著的免疫抑制作用。

  • 总体而言,该报道标志着首次使用患者来源的具有免疫功能的肿瘤类器官来探索和研究化疗，推动了他们走向更有效的小分子药物发现的道路。

 

研究结果

1. T细胞维持的膀胱癌类器官的建立和验证

从南京鼓楼医院接受经尿道膀胱肿瘤电切术的患者身上获得肿瘤样本，按照fig 1A 相应的操作建立8个独立的BCO系（膀胱癌患者衍生的类器官），经过一系列实验表征数据，本文已经成功地产生了患者来源的免疫活性BCO，并为T细胞识别背景下的联合免疫疗法的药物评估做好了充分准备。如HE病理染色、免疫荧光(IF)分析、转录组特征分析、外显子测序、免疫组织化学(IHC)和流式细胞仪分析，表明BCOs在病理组织学水平、转录组特征、突变水平等与患者肿瘤具有一致的信息，同时BCOs中T细胞、CD3+T、CD4+T和CD8+T细胞的占比与患者肿瘤高度相似。另外通过细胞因子优化组合实验，数据表明这些BCOs成功地维持了免疫细胞的生存。最后测试临床批准的铂类药物和PD-1抑制剂(Toripalimab)联合对BCO使用来评估免疫治疗的可行性，首次在体外实验中成功地再现了铂化合物和ICI的联合肿瘤杀伤作用，相关数据表明构建的BCO对T细胞具有直接的杀伤作用。

图1. 膀胱癌患者免疫活性器官的建立和验证以及临床证明的铂类药物的免疫抑制作用的评估

2.铂化合物文库的构建

PtIV前药策略已被广泛用于构建多功能铂化合物，本研究团队长期一直专注于新型PtIV化合物的设计，并积累了少量PtIV化合物库。然而，这些PtIV化合物从未在临床相关模型(如类器官)中进行过评估。这些化合物与ICIs的协同作用从未被测试过，特别是在患者衍生的类器官中，因此建立铂化合物文库进行相应筛选实验。

图2. 本研究中使用的铂试剂的化学结构

3.铂类化合物与ICIs的免疫协同筛选

研究纳入的以顺铂为母核结构，在轴向配体上修饰了与免疫相关小分子的四价铂普遍展现出了更有效的肿瘤杀伤功能，甚至实现了类器官的完全杀伤，部分四价铂也可能具有免疫协同作用。其中Pt-19引起了研究团队的注意，这是一种双取代肉桂酸的衍生物。相较于单取代肉桂酸的化合物Pt-20，Pt-19的细胞杀伤能力更强。在降低其浓度后，Pt-19同样展现了与PD-1抑制剂的协同作用。

图3. 用患者来源的免疫活性有机化合物评价铂-19化合物的免疫抑制作用

4. RNA-seq与TCR-seq分析揭示铂化合物与ICIs的免疫协同机制

为进一步从T细胞的角度研究铂-19增强PD-1抑制剂疗效的机制，使用新格元生物公司的AccuraCode® HTP OneStep RNAseq Kit (1071066)（高通量bulk RNA-seq检测技术） 和 AccuraCode® TCR Library Construction Kit (13630104) （高通量bulk TCR-seq检测技术）对药物处理的BCO进行RNA-seq和TCR-seq分析。

TCR seq表明在Pt-19处理以及联合治疗后TCR克隆显著扩增；ELISA检测表明Pt-19可以增强细胞毒性细胞因子IFN-γ的释放，并且联合治疗后其释放进一步增强；基因富集分析也显示免疫相关通路的激活，这表明在Pt-19和PD-1抑制剂的共同作用下可能实现了肿瘤反应性T细胞的扩增和激活，并发挥了基于T细胞的肿瘤杀伤作用。针对“免疫荒漠型”患者来源的类器官，研究团队通过添加自体PBMC也实现了免疫维持类器官的构建，Pt-19在该模型中展示出了免疫协同作用，拓展了免疫维持类器官的应用前景。

图4. 铂-19与ICIS的免疫协同机制研究

 

结论

该研究首次使用肿瘤患者来源的免疫维持类器官进行快速、准确和个体化地评估化疗药物与免疫检查点抑制剂的免疫协同作用，从T细胞视角重新评估化疗药物，助力铂类金属免疫药物开发。该平台不仅为新型金属免疫药物的发现提供了新工具，也为研究金属药物免疫相关机制提供了临床前模型，有助于弥补临床转化和金属免疫学基础研究之间的差距，加速癌症免疫疗法的药物发现。

 

参考文献

Zhao Z, Zhang S, Jiang N, et al. Patient-derived Immunocompetent Tumor Organoids: A Platform for Chemotherapy Evaluation in the Context of T-cell Recognition. Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Feb 26;63(9):e202317613. doi: 10.1002/anie.202317613. 

 

新格元AccuraCode®高通量RNA+TCR/BCR同步建库技术结合了样本条形码(Well Barcode)与UMI(Unique Molecular Identifiers)定量方法，高效获取各孔中cDNA分子，然后混合纯化。同时巧妙地采用cDNA拆分技术，独立构建RNA转录组文库和免疫受体(TCR/BCR)文库。在后续的生物信息学分析阶段，通过比对文库中的Well Barcode，实现对所获数据与每个样本的精确匹配，从而在同一份样品中高效同步分析转录组数据和免疫受体信息，极大地提升了实验效率和数据分析的准确性。（链接：TCR/BCR/mRNA同测 | 新格元Bulk mRNA/免疫组库同步建库技术）

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