基于高通量腫瘤轉移類器官的精準用藥評價平臺
【痛點問題】
據世界衛生組織國際癌癥研究機構(IARC)報道,中國患癌人數已居全球第一,2020年新發癌癥病例457萬例,癌癥死亡病例300萬例,其中死于惡性轉移的癌癥患者高達90%,因此研究癌癥轉移分子機制能夠進一步探明惡性腫瘤的生物學本質,為精準癌癥治療提供理論依據。
近年來以類器官等擬人化模型為代表的功能性檢測技術為臨床研究和藥物開發帶來新的選擇。2021年科技部下發的《關于對“十四五”國家重點研發計劃6個重點專項2021年度項目申報指南征求意見的通知》中,把“基于類器官的惡性腫瘤疾病模型”列為“十四五”國家重點研發計劃中首批啟動重點專項任務。2021年國家藥監局藥審中心發布的《基因修飾細胞治療產品非臨床研究技術指導原則(試行)》中提到,當缺少相關動物模型時,可以采用類器官開展藥品有效性和安全性的評估。2022年美國眾議院通過法案《2022年食品和藥品修正案》,首次將包括類器官在內的微生理系統作為獨立的藥物非臨床試驗評估體系納入法案,與動物模型等視為同等重要的研究手段。
【成果介紹】
本項目組在腫瘤類器官技術的基礎上首創癌癥轉移類器官培養系統,可根據客戶提供的不同器官的CT掃描圖像,利用3D打印技術制備個性化的支架,模擬相應癌組織的內部三維結構。獨創的細胞外基質替代物,可發揮有效的促細胞黏附和分泌蛋白的作用,通過取代昂貴的進口膠原材料大幅降低生產和存儲成本。本項目組已開發出第一代基礎款骨轉移和肺轉移類器官培養系統,并完成高通量制備(圖1),在骨肉瘤類器官和乳腺癌肺轉移類器官的構建上取得成功,在特異性生物標志物的檢測上與臨床樣品的相似度可高達80%以上。使用本產品可在體外完整重現癌細胞在轉移中的形變、增殖、運動等全過程,有望逐步取代用于機制研究和藥物篩選的動物模型。
核心技術包括:
① 原位癌和轉移癌微環境的模擬
根據常見腫瘤轉移灶的特點,本項目組使用生物材料模擬對應的組織結構和功能,再進一步進行轉移癌腫瘤類器官的構建。目前已經成功構建骨肉瘤原位癌類器官、乳腺癌骨轉移類器官和乳腺癌肺轉移類器官。
② 復雜腫瘤類器官的構建
在新鮮腫瘤細胞經體外3D培養的基礎上,通過生物醫學工程手段構建包含多種細胞和組分的微生理系統,實現對腫瘤實體、免疫微環境和血管化的多角度模擬。
③ 高通量藥物篩選與評價平臺
利用本項目搭建的藥物評價平臺,模擬真實的藥物測試環境,可以進行不同類型腫瘤藥物的敏感性檢測。本項目組開發的第一代基礎款的腫瘤骨轉移和肺轉移類器官培養系統,初步實現了復雜腫瘤類器官的批量化構建。在特異性生物標志物的檢測上與臨床樣品的相似度可高達80%以上,使用本產品可在體外完整重現癌細胞轉移的全過程。
【競爭優勢】
本項目組開發的腫瘤類器官,旨在實現癌癥轉移微環境的體外有效模擬,為抗腫瘤藥物的個性化篩選提供廉價有效的新方法。憑借“用戶友好、價格親民、存儲方便”三大優勢(圖2),更便于在科研院所、醫院、制藥企業推廣普及。
【資質榮譽】
湖北省博士后創新創業大賽優勝獎(2023);
第九屆“求是杯”大學生課外學術科技作品競賽三等獎(2023);
第四屆醫學3D打印技術與臨床應用全國創新大賽一等獎(2022);
華中科技大學第十二屆“求是杯”大學生創業計劃競賽優秀獎(2022)。
【發展規劃】
① 初期
定點選擇高校、研究所、醫院和制藥企業,向從事癌癥研究和藥物篩選評價的一線研發人員提供免費的試用產品,旨在將“取代動物實驗”的新型類器官產品的理念進行有效滲透,同時收集研究人員使用產品后的反饋意見。
② 發展期
經過初期的產品使用和意見反饋,對產品進行優化調整,形成行業咨詢報告;積極推動“基于腫瘤轉移類器官的精準用藥評價平臺”的商標專利和相關生產工藝的知識產權獲取的進程;啟動融資和生產擴大化。
③ 壯大期
利用該產品“價格低”、“貨期短”、“使用方便”等優勢,形成能夠與進口Matrigel、Transwell等產品對峙的半壁江山;進行多輪融資,為上市做準備。
④ 成熟期
一方面將“骨轉移和肺轉移類器官藥物評價平臺”發展成國內從事癌癥轉移研究必備的明星產品,另一方面根據用戶需求打造個性化定制方案,實現“基礎研究+臨床試驗+市場推廣+用戶反饋”全流程服務;完成公司上市。
【專家介紹】
劉熙秋副教授,華中科技大學同濟醫學院藥學院副教授,研究方向為體外疾病模型的構建。華中科技大學海外引進人才、湖北省回國科技人員創業促進會成員、歐洲癌癥研究協會大使、中國生物醫學工程學會高級會員、廣東省精準醫學應用學會類器官和器官芯片分會委員。2007年和2012年于中國科學技術大學取得生命科學學士和生物材料博士學位,2012-2016年任法國國家科學院研究員。以第一作者或通訊作者發表高水平SCI論文20余篇,其中包括Advanced Materials, Biomaterials, Journal of Controlled Release等國際一流期刊,出版英文專著1部。近5年主持國家自然科學基金2項、湖北省自然科學基金2項、華中科技大學校級基金2項,授權專利2項。擔任英文期刊《Materials Today Bio》和《Acta Materia Medica》編委、廣東省科技咨詢專家庫候選專家、中國深圳創新創業大賽評委等職務。曾獲中國科學院院長獎、2021湖北省科學技術進步一等獎、第三屆“花果山英才”創新創業大賽二等獎等榮譽。
華中科技大學
2023-07-11