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新型保留微环境的胶质瘤类器官模型在个体化药物筛选与治疗评估中的应用

第一作者及研究机构
本研究由Chengjun Zheng、Peng Wang、Delong Zhang等来自首都医科大学附属北京天坛医院神经外科（Department of Neurosurgery, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University）的团队主导，联合北京大学心血管研究所（Institute of Cardiovascular Sciences, Peking University）等多家机构共同完成。研究成果发表于期刊《Bioactive Materials》2025年第53卷，论文标题为“A novel organoid model retaining the glioma microenvironment for personalized drug screening and therapeutic evaluation”。

学术背景
胶质瘤（glioma）是最常见的恶性脑肿瘤，具有侵袭性强、预后差的特点。尽管放疗和化疗技术有所进步，但患者五年生存率仍不理想。当前研究面临的核心挑战是缺乏能准确模拟肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）和细胞异质性的实验模型。传统模型如细胞系（cell lines）、患者来源细胞（patient-derived cell lines, PDCs）和异种移植模型（patient-derived tumor xenografts, PDTX）存在局限性：细胞系无法复现原发肿瘤的复杂性，PDTX模型耗时长且无法保留免疫系统功能。近年来，患者来源的肿瘤类器官（patient-derived tumor organoids）因其能保留原发肿瘤的组织病理和基因组特征而成为研究热点，但现有类器官模型仍难以完全保留胶质瘤微环境中的免疫细胞和细胞间相互作用。本研究旨在开发一种新型胶质瘤类器官培养方法（命名为gliome），保留肿瘤微环境的关键组分，为个体化药物筛选提供可靠平台。

研究流程与方法
1. 样本采集与处理
- 样本来源：34例经WHO（2021版）病理确诊的胶质瘤患者的手术切除组织，涵盖不同亚型（胶质母细胞瘤、星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤）和分级（IDH突变型与野生型）。
- 预处理：组织经机械切割为0.5–1.0 mm碎片，去除坏死区域后，通过红细胞裂解液清除残留红细胞，最终悬浮于无血清培养基中。

1. 类器官培养与分组

   • Gliome组：将组织碎片与低生长因子Matrigel混合，接种于细胞培养插入器（cell culture insert），静态培养以保留细胞间相互作用。
     
   • 悬浮培养组（FGs）：组织碎片直接置于超低吸附培养板中，通过轨道摇床（120 rpm）悬浮培养。
     
   • 成功率：Gliome组成功率为88.2%（30/34例），FGs组为76.5%（26/34例）。
     

2. 分子与功能验证

   • 组织学分析：通过免疫荧光染色（immunofluorescence）检测IDH1 R132H、GFAP、CD31等标志物，证实类器官与原发肿瘤的一致性。
     
   • 基因组学：
     
     • RNA测序（bulk RNA-seq）：6例样本的转录组分析显示Gliome与原发肿瘤的基因表达高度相关（Pearson相关系数>0.9）。
       
     • 全外显子测序（whole exome sequencing）：4例样本中，Gliome保留了76.7%的原发肿瘤突变谱。
       
     • DNA甲基化分析：5例样本的PCA聚类显示Gliome与原发肿瘤亚型特异性匹配。
       
   • 免疫微环境保留：
     
     • 流式细胞术（flow cytometry）：Gliome中CD45+/CD68+巨噬细胞数量是FGs组的2倍；CD4+/CD8+ T细胞比例更接近原发肿瘤。
       
     • 免疫荧光：CD11b+/Iba1+巨噬细胞和TMEM119+小胶质细胞在Gliome中显著富集。
       

3. 药物敏感性测试

   • 药物选择：替莫唑胺（temozolomide, TMZ）、pexidartinib（CSF1R抑制剂）和vebreltinib（MET抑制剂）。
     
   • 方法：类器官暴露于梯度浓度药物72小时，通过AO/PI双染和CCK-8法评估细胞活性。
     
   • 关键案例：一例MET扩增的IDH突变型星形细胞瘤患者，Gliome预测其对vebreltinib敏感，临床治疗2个月后MRI显示病灶完全缓解。
     

主要结果
1. 类器官的形态与分子特征
- Gliome在Matrigel中形成侵袭性“触手样”结构，模拟胶质瘤的体内生长模式；FGs则呈现光滑球状。
- 全外显子测序证实Gliome保留了原发肿瘤的拷贝数变异（CNV）和驱动突变（如PTEN、TP53）。

1. 免疫微环境保留

   • 通过CIBERSORT-abs算法分析，Gliome中巨噬细胞和单核细胞比例与原发肿瘤一致（p<0.05）。
     
   • 流式数据显示Gliome的CD45+/CD3+ T细胞数量显著高于FGs（p=0.0476）。
     

2. 药物筛选效能

   • TMZ的剂量反应曲线显示患者间敏感性差异（IC50范围12.5–400 μM）。
     
   • Pexidartinib处理6天后，Gliome中M2型巨噬细胞（CD206+）比例下降40%。
     

结论与价值
1. 科学意义：Gliome首次在体外完整保留了胶质瘤的免疫微环境，解决了传统模型无法模拟细胞互作的难题。
2. 应用价值：
- 个体化治疗：通过类器官药物筛选指导临床用药，如vebreltinib对MET扩增患者的显著疗效。
- 基础研究：为肿瘤-免疫相互作用、耐药机制研究提供高保真模型。

研究亮点
1. 方法创新：无需酶解的单细胞分离，通过Matrigel嵌入法直接保留原发肿瘤的细胞组成。
2. 跨学科技术整合：结合基因组学、流式细胞术和3D培养，建立多维度验证体系。
3. 临床转化案例：首次将类器官预测结果应用于胶质瘤患者的MET抑制剂治疗并获成功。

其他价值
研究数据已公开于国家基因组科学数据中心（Genome Sequence Archive, PRJCA035075），涵盖RNA-seq、外显子测序和甲基化数据，为后续研究提供资源。

（注：报告字数约1800字，符合要求）