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近日，普恩瑞生物宣布完成数千万元人民币融资的消息在投资圈引起不小的震动。据悉，普恩瑞生物是一家从事 PDTX 模型开发的肿瘤个体化诊疗企业。一个动物模型有何“魔力”让如此众多的投资者趋之若鹜、一掷千金，这还得从肿瘤的异质性说起。
我们知道，癌症是由于物理、化学、病毒等致癌因子导致的原癌基因和抑癌基因突变从而引发的一系列异质性疾病的统称。肿瘤药物研发过程中，出于实践和伦理的考虑，必须在动物模型如小鼠荷瘤模型上进行药物的治疗与疗效测试，尽管如此，从动物荷瘤模型到临床肿瘤患者试验进行转化的平均成功率依然低于8%。主要原因之一在于临床肿瘤患者往往存在着肿瘤实质和微环境的异质性，因此单一的细胞株上检测出的抗肿瘤疗法可能难以在临床批量患者的治疗中获得成功。
两种动物模型
传统的动物模型——细胞源性异种移植（CDX）模型是将人体肿瘤细胞在体外筛选、经过传代培养建立稳定的细胞系，然后注射到免疫缺陷小鼠体内建立的模型。CDX 模型形成的肿瘤是同质性的，丢失了原发肿瘤的特性，特别是不能准确反映肿瘤的异质性。这也是许多化疗药物临床前治疗效果和临床实验疗效间存在较大差异的主要原因。因此，尽管近年来高通量测序技术与靶向治疗取得了突破性的进展，但是临床转化研究的高失败率使得抗肿瘤药物的创新发展十分有限。
而 PDTX 模型则能较好地保持肿瘤的异质性。PDTX 模型，即人源肿瘤异种移植（Patient-derived tumor xenograft，PDTX）模型，是指直接将病人的新鲜肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠上，依靠小鼠提供的环境生长的一种异种移植模型。该肿瘤模型在生长过程中存在完整的肿瘤基质和肿瘤血管，与CDX 模型相比更具有原发肿瘤的病理生理特性，组织学和表型特征，并维持了肿瘤细胞的基质和干细胞组成，对治疗的反应与原发肿瘤高度相似，给肿瘤个体化治疗提供了依据，在转化医学方面具有重要意义。两种动物模型的制备流程如图1所示。
图1 两种常用动物模型制备流程图
传统的 CDX 模型，用于评价药效时，使用方便，且重复性好，具有一定优势。但是，肿瘤细胞系遗传不稳定，且不能概括肿瘤的异质性。越来越多的研究表明，CDX 模型不能有效预测临床结果。相对于 CDX 模型，PDX 模型更具优势，其可非常好地维持肿瘤移植物的多种组织学特性，如组织学异质性、基因表达谱、SNP 位点和拷贝数变异等。两种模型的优缺点如表1所示。
表1 两种动物模型的对比
PDTX模型的制备
PDTX 模型的建立方法是将新鲜外科手术肿瘤组织或活检组织通过皮下或原位种植到免疫缺陷小鼠身上，也有将肿瘤种植到血供更为丰富的肾包膜下。
用于建立 PDTX模型的小鼠根据免疫缺陷程度可以分为BALB /c Nude，SCID，NOD SCID，NSG小鼠以及NOG小鼠。其中NSG、NOG小鼠不但缺乏T细胞、B细胞和NK细胞，而且细胞因子信号传递能力缺失，对人源细胞和组织几乎没有排斥反应，是目前国际公认的免疫缺陷程度最高、最适合人源细胞或组织移植的工具小鼠。
一般来说，PDTX 移植瘤的成瘤时间在2～4个月。PDTX 模型成功建立应符合以下三个标准：
首次移植成功；
传至第三代肿瘤能够稳定生长且成瘤率大于80%，时间不超过 12 周；
冻存的肿瘤组织，移植后可以生长。
PDTX 模型的成功率取决于肿瘤类型、恶性程度、分化程度、移植部位等。一般来说，恶性程度高、分化程度低的肿瘤移植成功率较高；据报道，结直肠癌（64～89%）与胰腺癌（62%）具有较高的移植率，但是乳腺癌（13%～27%）的成功率则较低；皮下移植因其操作简单、容易观察、方便定期测量和适合传代等优点被广泛使用，但成功率相对较低，约为 40%～60%，而肾包膜下移植成功率高达 95%。此外，肿瘤组织在离体后尽快的保存在0-4℃ 培养基中，有助于保持其新鲜程度，提高移植成功率；手术精确度及在移植过程中的无菌操作等对成瘤率都有一定的影响。
PDTX模型亟待弥补的短板
尽管PDTX模型的建立已取得很大进步，但移植模型研究依旧有很多的局限性。
PDTX模型的不足：
PDTX模型建立过程如何选取最适宜的组织尚无定论，大多数文献都是选取瘤体切块，瘤体包含了大量的肿瘤组织，但相对来说，肿瘤活组织检查或者更细小的探针选取的组织更适合个体化用药。
对不同肿瘤来说，最适宜的移植部位也是不同的，不同移植部位的移植成功率也有差异，只有移植成功率达到60%～70% 才可达到个体化用药的要求。
移植小鼠和临床患者的治疗在时间上也有差距，通常临床前PDTX 模型的建立需要4～8个月的时间，临床很难保留足够的时间，这对实时个体化治疗是巨大的挑战。
PDTX模型的应用还存在物种差异问题，人和鼠存在物种差异且无法消除。
PDTX模型在转化医学中的应用
PDTX模型的应用前景广阔，可用于患者的个性化药物筛选、生物标志物鉴定、临床前药物评价和生物学机制研究等。其应用领域如表2所示。
表2 PDTX模型在转化医学中的应用
结 语
将 PDTX 模型更加系统地应用到肿瘤药物研发资源开发上面，需要建立生物库或 PDX 肿瘤生物样本库，尤其是基因组高度特异性的 PDTX 库是发展高级诊断和癌症治疗的宝贵资源。Euro PDX 就是由16个欧洲机构联合组成的PDTX 模型库，旨在发展建立临床相关和标注的 PDTX 网络库，据称已经拥有1500个 PDTX 模型；美国国家癌症研究所（NCI）的初期目标是建立1000个 PDTX 模型，目前数量已经完成约三分之一。
随着个体化精准医疗需求的不断增长，PDTX 模型迎来发展良机。据国家癌症中心发布的癌症数据显示，2015年中国有429.1万例新发肿瘤病例和281.4万例死亡病例。随着 PDTX 技术发展的不断成熟及市场普及，国内PDTX 市场规模将达到七百亿元。据预测，2017-2022年间，PDTX 模型市场年平均增长率16.7%。呼吸道肿瘤模型将成为最快的增长细分领域。受中国、日本以及印度等亚洲国家在医药行业上高投入的影响，亚太地区的PDTX 模型市场增长速度将领跑全球。
总之，PDTX 模型是目前为止最接近临床研究的相关肿瘤模型，这种模拟人肿瘤特异性的模型对肿瘤临床前期评估、治疗和预后具有重要的转化意义，有望为肿瘤患者个体化治疗带来新突破。
责编：Holly
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