原创 WuXi AppTec 药明康德 WuXi Biology 2023-12-27 17:00 上海 4人听过
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一、PDX模型库概述
病人来源肿瘤异种移植（Patient-derived xenografts，PDX）模型是将病人肿瘤组织移植到免疫缺陷鼠体内构建的荷瘤小鼠模型。PDX模型在分子和组织病理学层面高度保留原代肿瘤特征，重现了原代肿瘤内和患者群体间的异质性与多样性。这些特性在有限的传代过程中保持稳定，具有高度的临床相关性。因此，PDX模型在抗肿瘤药物筛选与评价、生物标志物的发现与验证、转化研究以及精准医疗的探索中得到广泛应用。
药明康德生物学业务平台肿瘤和免疫部建立的PDX模型库，目前已成功积累超过1400例PDX模型。这些模型涵盖了30种癌症类型，包括实体瘤和血液瘤的高发和罕见适应症以及原发经治疗后复发或转移的病例（图1）。这些模型已经得到了详尽的注释，在基因、组织病理学和体内药理学等方面具备了全面的特征化数据，包括：
超过1000例模型已进行全外显子和RNA测序：支持多种分析，包括基因拷贝数变异、基因突变、基因融合预测、基因表达定量分析、可变剪切体表达研究、肿瘤突变负荷（Tumor mutational burden, TMB）分析、同源重组修复缺陷（Homologous recombination deficiency, HRD）评估、人类白细胞抗原（Human leukocyte antigen, HLA）分型及新抗原预测等。
超过1400例模型已完成组织病理学表征：拥有涵盖所有PDX模型的即用型组织蜡块库及H&E分析数据，支持石蜡包埋切片和组织芯片的定制化病理分析，包括免疫组化、原位杂交和多重免疫荧光分析等。
超过1400例模型已经完成多个代数的生长动力学表征。
超过1300例标准治疗（Standard of Care, SoC）或研究性治疗测试数据： 涉及160多种单一或组合疗法，涵盖放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗等，如小分子抑制剂、抗体类、抗体药物偶联物、蛋白靶向降解剂等。
每例PDX模型的临床信息、生长曲线、组织病理、药敏数据以及基因组分析数据都已整合在综合性肿瘤模型数据库OncoWuXi中。借助其强大的搜索引擎，用户能够设定多条件一键快速筛选出符合研究需求的模型。
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图1. 药明康德PDX模型库概况
虽然PDX模型是最理想的临床前体内模型之一，但其建立过程复杂、周期长、成本高，且需要使用免疫缺陷动物，因此在大规模药物筛选和肿瘤免疫药物研发中存在一定局限性。因此，我们基于已建立的大型PDX模型库，开发了衍生的PDX来源细胞系和类器官、PDX离体实验、耐药PDX模型、原位和转移PDX模型、免疫系统人源化PDX模型以及PDX临床试验能力平台，极大拓展了PDX模型在抗肿瘤药物研发中的应用，有助于优化临床前药物研发的成本、速度和质量。
二、PDX来源细胞系和类器官
紧贴临床实际，辅助模型选择
PDX来源细胞系（PDX-derived cells, PDC）是从新鲜PDX肿瘤组织中分离出肿瘤细胞并在体外短期培养建立的一种体外肿瘤模型。这类模型保留了原代肿瘤和PDX的基本分子特征和生物学表型，相比商品化人源细胞系具有更高的临床相关性。目前，我们基于PDX模型建立了相应的衍生细胞系，涵盖14种肿瘤类型，包括肺癌、肝癌、结直肠癌、脑胶质瘤、淋巴瘤等。
PDX来源类器官（PDX-derived organoids，PDXO）是另一类PDX衍生的体外肿瘤模型，将新鲜PDX组织分离后在3D条件培养于富含特定生长因子的基质胶中，通过模拟肿瘤基质环境形成肿瘤类器官模型。PDXO高度保留了来源PDX组织的基因、组织病理学和药理特征，重现了肿瘤内和个体间的异质性。目前，我们基于多个PDX模型建立了相应衍生类器官模型，涵盖结直肠癌、头颈癌、肺瘤、和胃瘤等肿瘤类型。
PDC和PDXO经全外显子测序和RNA测序分析以及药理验证，确保能够重现相应PDX模型的遗传特征和药理表型。这些模型可应用于肿瘤和肿瘤免疫相关药物研发，支持临床相关性更强的体外高通量和高内涵药物筛选与评价，并可用于指导体内PDX模型的选择（图2）。
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图2. 一例携带ALK基因融合的肺癌PDC和其相应PDX模型中的ALK抑制剂药效研究
三、PDX离体实验
降本增效，加速药物筛选
PDX离体实验是将在体PDX分离并转移到合适的体外环境，即时进行药物活性测试的实验体系。由于离体PDX完整保留了PDX的特征，可用于PDX体内研究前对候选化合物的预实验，极大节省了相关研究的时间与经济成本。基于此，我们建立了肿瘤化疗敏感性测试（Tumor chemo-sensitivity assay, TCA）等PDX离体实验体系。
TCA是将新鲜分离的PDX肿瘤组织消化成单细胞后，通过密度梯度离心法获得肿瘤细胞，进而利用CTG法进行抗肿瘤药物筛选与评价。这种方法通常用于评估药物的细胞毒性，是细胞毒性药物筛选与评价的常规方法之一（图3）。
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图3. 肿瘤化疗敏感性实验流程图
四、耐药PDX模型
揭示耐药机制，助力新药研发
获得性耐药的发生已成为制约肿瘤患者从治疗中获益的关键因素。为此，开发耐药模型进行耐药机制的探索，从而开发克服耐药的潜在治疗策略，已成为新一代抗肿瘤药物临床前研究的重要途径。药明康德肿瘤和免疫部结合体内药理学和基因组学分析方法，前瞻性地构建与临床具有密切相关性临床耐药PDX模型和诱导耐药PDX模型，赋能耐药机制探索、桥接和推动新一代克服耐药的抗肿瘤药物研发（专题文章请点击查看：挑战肿瘤耐药难题：耐药模型构建策略与案例分享）。
五、原位和转移PDX模型
精准提升药物疗效预测的相关性
为更好地模拟临床疾病的进展与肿瘤微环境特征，提高预测药物疗效的相关性和准确性，我们对携带耐药突变或罕见分子靶标的PDX来源细胞系进行了luc标记，并构建体内原位和转移模型（图4），为针对转移性肿瘤的药物研发提供了可靠的研究路径。
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图4. 一例携带ROS1基因融合的肺癌脑转移PDC-luc模型中的ROS1抑制剂药效研究
六、免疫系统人源化PDX模型
赋能临床前肿瘤免疫药物研发
随着肿瘤免疫治疗的发展，利用人源免疫系统重建的小鼠构建异种移植肿瘤模型已成为肿瘤免疫药物临床前研究的关键工具。基于这种策略构建的免疫系统人源化PDX模型兼具肿瘤的临床特征和人源免疫细胞的相关特性，这提高了相关模型在肿瘤免疫药物研发中的临床相关性。我们已成功构建多个PBMC或HSC重建的免疫系统人源化PDX模型，涵盖肺癌、头颈癌、黑色素瘤、脂肪肉瘤、肾癌5个癌种，用于评估靶向T细胞、NK细胞、髓系细胞等多种免疫细胞的肿瘤免疫治疗药物（图5）。
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图5. 在免疫系统人源化小鼠中，测试PD-1抗体对EGFR野生型、突变和过表达PDX模型的药效
七、PDX“临床试验”
助力群体药物反应预测与临床试验设计
考虑到PDX
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