基于高通量腫瘤轉(zhuǎn)移類器官的精準(zhǔn)用藥評價平臺
【痛點(diǎn)問題】
據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)報道,中國患癌人數(shù)已居全球第一,2020年新發(fā)癌癥病例457萬例,癌癥死亡病例300萬例,其中死于惡性轉(zhuǎn)移的癌癥患者高達(dá)90%,因此研究癌癥轉(zhuǎn)移分子機(jī)制能夠進(jìn)一步探明惡性腫瘤的生物學(xué)本質(zhì),為精準(zhǔn)癌癥治療提供理論依據(jù)。
近年來以類器官等擬人化模型為代表的功能性檢測技術(shù)為臨床研究和藥物開發(fā)帶來新的選擇。2021年科技部下發(fā)的《關(guān)于對“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃6個重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中首批啟動重點(diǎn)專項(xiàng)任務(wù)。2021年國家藥監(jiān)局藥審中心發(fā)布的《基因修飾細(xì)胞治療產(chǎn)品非臨床研究技術(shù)指導(dǎo)原則(試行)》中提到,當(dāng)缺少相關(guān)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(nèi)的微生理系統(tǒng)作為獨(dú)立的藥物非臨床試驗(yàn)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(xiàng)目組在腫瘤類器官技術(shù)的基礎(chǔ)上首創(chuàng)癌癥轉(zhuǎn)移類器官培養(yǎng)系統(tǒng),可根據(jù)客戶提供的不同器官的CT掃描圖像,利用3D打印技術(shù)制備個性化的支架,模擬相應(yīng)癌組織的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)。獨(dú)創(chuàng)的細(xì)胞外基質(zhì)替代物,可發(fā)揮有效的促細(xì)胞黏附和分泌蛋白的作用,通過取代昂貴的進(jìn)口膠原材料大幅降低生產(chǎn)和存儲成本。本項(xiàng)目組已開發(fā)出第一代基礎(chǔ)款骨轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移類器官培養(yǎng)系統(tǒng),并完成高通量制備(圖1),在骨肉瘤類器官和乳腺癌肺轉(zhuǎn)移類器官的構(gòu)建上取得成功,在特異性生物標(biāo)志物的檢測上與臨床樣品的相似度可高達(dá)80%以上。使用本產(chǎn)品可在體外完整重現(xiàn)癌細(xì)胞在轉(zhuǎn)移中的形變、增殖、運(yùn)動等全過程,有望逐步取代用于機(jī)制研究和藥物篩選的動物模型。
核心技術(shù)包括:
① 原位癌和轉(zhuǎn)移癌微環(huán)境的模擬
根據(jù)常見腫瘤轉(zhuǎn)移灶的特點(diǎn),本項(xiàng)目組使用生物材料模擬對應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)和功能,再進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)移癌腫瘤類器官的構(gòu)建。目前已經(jīng)成功構(gòu)建骨肉瘤原位癌類器官、乳腺癌骨轉(zhuǎn)移類器官和乳腺癌肺轉(zhuǎn)移類器官。
② 復(fù)雜腫瘤類器官的構(gòu)建
在新鮮腫瘤細(xì)胞經(jīng)體外3D培養(yǎng)的基礎(chǔ)上,通過生物醫(yī)學(xué)工程手段構(gòu)建包含多種細(xì)胞和組分的微生理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對腫瘤實(shí)體、免疫微環(huán)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(xiàng)目搭建的藥物評價平臺,模擬真實(shí)的藥物測試環(huán)境,可以進(jìn)行不同類型腫瘤藥物的敏感性檢測。本項(xiàng)目組開發(fā)的第一代基礎(chǔ)款的腫瘤骨轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移類器官培養(yǎng)系統(tǒng),初步實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜腫瘤類器官的批量化構(gòu)建。在特異性生物標(biāo)志物的檢測上與臨床樣品的相似度可高達(dá)80%以上,使用本產(chǎn)品可在體外完整重現(xiàn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的全過程。
【競爭優(yōu)勢】
本項(xiàng)目組開發(fā)的腫瘤類器官,旨在實(shí)現(xiàn)癌癥轉(zhuǎn)移微環(huán)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(yōu)勢(圖2),更便于在科研院所、醫(yī)院、制藥企業(yè)推廣普及。
【資質(zhì)榮譽(yù)】
湖北省博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)勝獎(2023);
第九屆“求是杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽三等獎(2023);
第四屆醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)與臨床應(yīng)用全國創(chuàng)新大賽一等獎(2022);
華中科技大學(xué)第十二屆“求是杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽優(yōu)秀獎(2022)。
【發(fā)展規(guī)劃】
① 初期
定點(diǎn)選擇高校、研究所、醫(yī)院和制藥企業(yè),向從事癌癥研究和藥物篩選評價的一線研發(fā)人員提供免費(fèi)的試用產(chǎn)品,旨在將“取代動物實(shí)驗(yàn)”的新型類器官產(chǎn)品的理念進(jìn)行有效滲透,同時收集研究人員使用產(chǎn)品后的反饋意見。
② 發(fā)展期
經(jīng)過初期的產(chǎn)品使用和意見反饋,對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,形成行業(yè)咨詢報告;積極推動“基于腫瘤轉(zhuǎn)移類器官的精準(zhǔn)用藥評價平臺”的商標(biāo)專利和相關(guān)生產(chǎn)工藝的知識產(chǎn)權(quán)獲取的進(jìn)程;啟動融資和生產(chǎn)擴(kuò)大化。
③ 壯大期
利用該產(chǎn)品“價格低”、“貨期短”、“使用方便”等優(yōu)勢,形成能夠與進(jìn)口Matrigel、Transwell等產(chǎn)品對峙的半壁江山;進(jìn)行多輪融資,為上市做準(zhǔn)備。
④ 成熟期
一方面將“骨轉(zhuǎn)移和肺轉(zhuǎn)移類器官藥物評價平臺”發(fā)展成國內(nèi)從事癌癥轉(zhuǎn)移研究必備的明星產(chǎn)品,另一方面根據(jù)用戶需求打造個性化定制方案,實(shí)現(xiàn)“基礎(chǔ)研究+臨床試驗(yàn)+市場推廣+用戶反饋”全流程服務(wù);完成公司上市。
【專家介紹】
劉熙秋副教授,華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院副教授,研究方向?yàn)轶w外疾病模型的構(gòu)建。華中科技大學(xué)海外引進(jìn)人才、湖北省回國科技人員創(chuàng)業(yè)促進(jìn)會成員、歐洲癌癥研究協(xié)會大使、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會高級會員、廣東省精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用學(xué)會類器官和器官芯片分會委員。2007年和2012年于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)取得生命科學(xué)學(xué)士和生物材料博士學(xué)位,2012-2016年任法國國家科學(xué)院研究員。以第一作者或通訊作者發(fā)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(xué)基金2項(xiàng)、湖北省自然科學(xué)基金2項(xiàng)、華中科技大學(xué)校級基金2項(xiàng),授權(quán)專利2項(xiàng)。擔(dān)任英文期刊《Materials Today Bio》和《Acta Materia Medica》編委、廣東省科技咨詢專家?guī)旌蜻x專家、中國深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽評委等職務(wù)。曾獲中國科學(xué)院院長獎、2021湖北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎、第三屆“花果山英才”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎等榮譽(yù)。
華中科技大學(xué)
2023-07-11