新輔助放療和化療、全直腸繫膜切除（TME）和輔助化療是區域性晚期直腸癌患者的標準療法之一。不同患者對新輔助治療的反應具有異質性，部分患者反應輕微，10%~35%的患者可表現出病理性完全緩解，這些患者在切除率、括約肌保留、區域性控制和總生存率(OS)方面均有改善[1-3]。廣泛的生物標誌物有助於最佳化新輔助化療和放療策略。鑑於預測型生物標誌物（如基因表達譜和放射學特徵）成本和通用性原因，其尚未實現臨床轉化[4-6]。
三維（3D）培養條件下的患者來源的腫瘤類器官，拓展了現有生物標誌物方法，並可能打破細胞系和異種移植模型的侷限性[9-10]。有研究已證明類器官具備腫瘤的遺傳和形態特徵，並在患者組織中顯示出有效的繁殖和擴增。一項研究從27例結直腸癌樣本中獲取22例患者來源的類器官，經組織學分析和全外顯子組測序顯示，類器官培養體和原發腫瘤活檢組織之間存在相似的形態和體細胞突變[11]。其中，19個類器官被長期擴增用於高通量藥物篩選的理論依據。類器官證實了耐藥性和遺傳突變之間的已知聯絡。此項研究首次證明了類器官可從絕大多數結直腸癌患者中獲取並檢測的能力。但直腸癌患者並未納入分析。
直腸癌類器官可反映個體化臨床結果過去一年中，隨著幾項患者來源的直腸癌類器官研究不斷推進，研究人員不僅評估了類器官的化學敏感性和放射敏感性，而且將這些反應與患者預後聯絡起來。一項研究中，Pasch等從1例前期接受過FOLFOX以及近期FOLFIRI和帕尼單抗（panitumumab）治療後疾病進展的直腸癌患者的肝轉移灶提取到類器官[12]，雖然類器官對5 -氟尿嘧啶(5-Fu)單藥表現為耐藥，但當5-Fu和奧沙利鉑聯用後，類器官生長減慢。當該患者重新使用FOLFOX治療時，影像學顯示肝臟轉移灶減小。
有研究比較了個體化患者來源的類器官和112例新確診直腸癌患者（患者來自一項評估包含伊立替康的新輔助放化療方案療效的Ⅲ期試驗）的臨床結果，表明[13]：原發腫瘤和類器官之間的組織病理學相似，透過對74例患者回歸分析，將組織學反應與患者的臨床反應比較; 在預測患者的臨床反應中，6例患者影像學顯示臨床完全緩解，類器官表現出78%的敏感性和92%的特異性。然而，19例接受放化療後有病理完全緩解或接近完全緩解(腫瘤消退評分為0~1)或臨床完全緩解的患者中，相應的組織學反應顯示對放化療耐藥，提示患者可從單藥化療中獲益[13]。上述研究闡明瞭體外患者來源性類器官的放化療敏感性與大樣本佇列研究中觀察到的臨床緩解之間具有較強相關性。
直腸癌類器官和異種移植的混合模型患者來源的結直腸癌類器官還可以以類似細胞系的方式移植到免疫缺陷小鼠體內。Roper等建立了互補原位大腸癌移植模型，採用結腸鏡引導下注射或直腸灌注的方法將患者來源的類器官移植到免疫缺陷小鼠的結腸中[14-16]。Ganesh等將患者來源的直腸癌類器官移植到小鼠直腸中以此研究轉移性直腸癌的生物學。從58例初治或先前治療過的直腸癌患者處獲取器官樣體，成功率為77%。7例具有無進展生存資料的患者中，5-FU和FOLFOX劑量-反應曲線下的面積與無進展生存顯著相關。6例在放療前後立即行內鏡檢查的患者中，直腸癌類器官放射劑量-反應曲線下面積與臨床內鏡結果相關。將來自4例患者的類器官透過類器官碎片腔內灌注的形式移植到免疫缺陷小鼠的直腸[16]，結果在移植後22~30周發展為早期侵襲性腺癌，並出現與患者轉移部位相對應的腫瘤轉移。採用5-FU或FOLFOX的方法，在內鏡下透過腫瘤的變化大小評估移植的異種腫瘤模型。總生存期1年的患者的異種移植物對上述藥物均有耐藥性，生存期＞3年的患者的異種移植物對上述藥物均有效，化療6周後可見腫瘤消退。雖然上述研究並未對放射治療加以分析，但證明了透過患者來源的直腸器官異種移植模型進行化療敏感性體內評估是可行的。
小結與展望上述重要的研究表明，患者來源的類器官在直腸癌患者的治療方面具有多方面指導意義。未來，從活檢樣本中獲得類器官，透過體外或體內移植模型或許可以對新輔助化療和放療的敏感性進行評估。儘管在特定時限內完成上述評估仍然面臨挑戰。然而，數週的時限在臨床上仍然可行。患者來源的類器官可用於體外高通量藥物篩選，或移植到動物模型中來建模腫瘤轉移和評估體內化療和放療反應。腫瘤類器官與免疫細胞、基質成纖維細胞共培養還可以重建腫瘤微環境[18]。
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