乳腺类器官技术及其在乳腺癌免疫治疗中的应用研究进展

摘要：乳腺类器官技术近年来在肿瘤免疫治疗研究中取得优异进展，成为理解乳腺癌免疫机制、优化治疗策略的工具。类器官技术通过模拟肿瘤微环境，为免疫细胞与肿瘤细胞的互动研究提供了可靠平台，有助于揭示免疫逃逸机制和评估免疫治疗药物的效果。本文回顾了乳腺类器官在免疫药物筛选、免疫细胞与肿瘤细胞互作以及肿瘤微环境模拟中的应用，分析了其在乳腺癌免疫治疗中的前景与挑战。尽管目前技术还存在一定的局限性，类器官技术在精准治疗和个性化治疗中的潜力不容忽视。随着技术的进一步完善，乳腺类器官将在肿瘤免疫治疗领域发挥更为关键的作用，为临床治疗提供更为精准的参考。

关键词：乳腺类器官；乳腺癌；免疫治疗；免疫逃逸；肿瘤微环境

引言

乳腺癌作为全球女性发病率最高的恶性肿瘤，长期以来对其治疗的研究不断深入。传统的肿瘤模型虽然为癌症的机制研究和药物筛选提供了基础，但在精确模拟肿瘤微环境方面存在显著局限。乳腺类器官技术作为一种新兴的三维培养系统，能够更真实地再现乳腺肿瘤的生物学特性，成为研究肿瘤生长、免疫逃逸以及治疗反应的有力工具[1]。该技术在免疫细胞与肿瘤细胞的互作、肿瘤微环境的模拟以及免疫治疗药物的筛选中具有广泛应用，还为个性化治疗和精准医学的发展提供了新的方向。随着研究的深入，乳腺类器官技术无疑将推动乳腺癌的治疗向更精准、更有效的方向发展。

1 乳腺类器官技术概述

1.1乳腺类器官培养与优化

在乳腺类器官的培养过程中，以往研究通常通过优化培养基成分、精细调整生长因子浓度，以及选择合适的支架材料来重建乳腺组织的三维结构。常用支架材料包括乳腺类器官技术作为近年来肿瘤研究中的突破，广泛应用于乳腺癌的研究与免疫治疗开发。该技术通过模拟体内乳腺组织的三维结构，重建了真实的肿瘤微环境，为细胞行为、肿瘤发展机制及药物筛选提供了更为生动的实验平台。在乳腺类器官的培养过程中，通过调整培养基成分、选用如Matrigel（基底膜提取物）、明胶甲基丙烯酰胺水凝胶（GelMA）和聚乙二醇（PEG）衍生物等不同类型的支架材料，并结合精细化的生长因子组合，优化细胞生长条件，以最大程度地再现体内的生物学特性。特别地，乳腺类器官培养的优化不只是为了模拟肿瘤细胞的生长，也旨在重构自主神经平衡。研究表明，通过对类器官培养条件的调整能够更好地模拟肿瘤细胞与神经因子之间的相互作用，例如采用可调刚度的水凝胶材料增强神经调控因子对肿瘤细胞迁移的诱导作用，这为乳腺癌的免疫治疗提供新研究途径[2]。类器官技术的发展提高了乳腺癌研究的真实性，也为个性化的免疫治疗策略和药物开发提供了更加精准的实验基础。

1.2 技术突破

乳腺类器官技术的进展，标志着肿瘤研究方法的深刻变革。与传统的二维细胞培养技术不同，类器官培养能够更真实地再现乳腺肿瘤的三维结构及其微环境，打破了以往研究中对肿瘤生物学行为的局限。类器官技术在形态上复制了肿瘤组织的复杂结构，而且能够在生物化学和细胞功能层面重建出类似体内的环境，提供了更加可靠的肿瘤模型。

通过对培养基成分、支架材料及生长因子的不断优化，类器官技术已成功实现了不同乳腺癌亚型的精准重建。研究者可以根据不同的实验需求，调整类器官中的微环境条件，模拟缺氧、酸性及免疫细胞的浸润等多种肿瘤特征，从而提高模型的生物学相关性和实验结果的准确性。这一技术突破为乳腺癌的研究提供了更具预测性的实验平台[3]。另外，乳腺类器官的技术突破还体现在对免疫治疗的推动上。传统的免疫治疗模型无法完全模拟肿瘤微环境中的免疫细胞反应，而乳腺类器官提供了一个高度仿真的模型，可以测试免疫药物对肿瘤细胞的实际影响，特别在免疫细胞-类器官互作和免疫检查点抑制等领域，为药物筛选和效果评估提供依据。这一技术进展丰富了免疫治疗的理论研究，也为临床应用提供了更多的可能性。然而，类器官技术是否能够真实反映乳腺癌组织的结构与功能，仍需通过系统验证。

1.3 乳腺类器官模型验证

为此，研究者开展了模型稳定性与生物一致性的比较分析，以下从形态学、功能及免疫响应三方面展开探讨。通过与乳腺癌患者的肿瘤组织进行比较，研究能够验证类器官在形态学、功能和基因表达方面的再现性。将患者的肿瘤组织转化为类器官，未来研究能够深入分析类器官的组织结构、细胞行为及其与肿瘤微环境的相互作用，确保类器官能够真实反映肿瘤的特性。在免疫学验证方面，研究通过类器官与免疫细胞的共同培养，考察免疫反应的模拟效果。类器官不但能反映肿瘤细胞的增殖和迁移，还能够模拟免疫细胞在肿瘤微环境中的作用。利用测试免疫检查点抑制剂等免疫治疗药物，研究能够评估免疫治疗对类器官的影响，并进一步了解肿瘤免疫逃逸的机制。药物筛选验证是乳腺类器官模型的主要应用领域[4]。施用不同的抗癌药物式使未来研究能够评估药物对类器官肿瘤细胞的抑制效果，检测耐药性和治疗反应。这种验证方法使得类器官成为药物筛选和个性化治疗方案制定中的主要工具。例如，Shilpita等[5]通过构建患者来源的乳腺类器官库，比较不同药物组合对各类器官的反应敏感性，筛选出适用于特定HER2突变亚型的靶向方案，证实了类器官模型对临床治疗决策的预测价值。

2 乳腺类器官在乳腺癌免疫治疗中的应用

2.1 免疫药物敏感性筛选

乳腺类器官技术能够模拟肿瘤微环境，提供一个更为精准的平台来评估免疫治疗药物的疗效。类器官与传统的二维细胞培养相比，能够更真实地再现肿瘤细胞的三维结构与生物学特性，这为药物筛选提供了更高的临床相关性。特别是在抗HER2治疗耐药性筛查中，类器官模型能够模拟不同突变背景下的免疫应答差异，为制定精准干预策略提供实证支撑。

类器官在免疫检查点抑制剂筛选中的应用，显著提高了免疫药物的研发效率。乳腺类器官能够真实反映肿瘤与免疫细胞之间的互动，特别是免疫检查点抑制剂（如PD-1/PD-L1抑制剂）的效果评估。在类器官中，研究能够准确观察免疫细胞如何被激活，以及药物对肿瘤细胞免疫逃逸的抑制效果。这使得免疫药物敏感性的筛选变得更加精准，从而能够为不同乳腺癌亚型选择最合适的免疫治疗方案。CAR-T细胞疗法在乳腺类器官中的应用，进一步推动了免疫治疗的临床转化。研究发现，类器官能够为CAR-T细胞与肿瘤细胞的相互作用提供一个理想的实验环境。在类器官模型中，免疫细胞能够直接与肿瘤细胞接触，从而检测CAR-T细胞的抗肿瘤能力。Romero等[6]研究构建了与HER2阳性乳腺癌匹配的类器官模型，并证实CAR-T细胞在类器官中可有效诱导肿瘤细胞凋亡，验证了模型的临床预测价值。这一过程为治疗效果的预测与个性化治疗方案的制定提供了宝贵的实验依据。在免疫药物筛选过程中，类器官能够作为一个快速而可靠的工具来评估疫苗在特异性免疫反应中的作用。通过与类器官共同培养，研究能够测试不同肿瘤疫苗的免疫效果，确定其对乳腺癌患者免疫系统的激活能力。这种方法为肿瘤疫苗的研发和优化提供更加精确的数据支持。相较之下，肿瘤疫苗更侧重激发体液或细胞免疫的初始应答，二者在免疫治疗路径上具有互补性。因此，类器官平台适用于验证CAR-T细胞的靶向杀伤能力，也可用于评估疫苗引发的免疫激活效应。

2.2 免疫细胞-类器官互作

在乳腺类器官模型中，免疫细胞与肿瘤细胞之间的相互作用可以在更接近生理条件的环境中进行观察。研究者能够观察到免疫细胞在肿瘤微环境中的浸润情况，了解不同免疫细胞类型如何进入类器官，穿透肿瘤细胞的屏障，并与肿瘤细胞发生作用。例如T细胞、巨噬细胞和树突状细胞等免疫细胞的侵入能影响肿瘤细胞的增殖和转移，还能改变肿瘤的免疫特征，调节肿瘤的免疫逃逸过程。同时，在类器官模型中肿瘤细胞能够表达免疫检查点分子（如PD-L1），从而抑制免疫细胞的活性，逃避免疫监视。免疫检查点抑制剂作为一种新型免疫治疗手段，能够解除肿瘤细胞对免疫细胞的抑制作用，恢复免疫细胞的抗肿瘤活性。类器官模型提供了一个有效的平台，可以在其中验证免疫检查点抑制剂的疗效，观察免疫细胞对肿瘤细胞的攻击能力，帮助研究不同乳腺癌亚型对免疫治疗的反应差异。另外，研究发现肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）等免疫抑制细胞利用分泌细胞因子、调节基质组成等方式，抑制免疫细胞的抗肿瘤活性。乳腺类器官技术能够有效模拟这些免疫抑制细胞在肿瘤微环境中的作用，为研究如何克服肿瘤免疫逃逸提供新途径。类器官还可以帮助揭示免疫细胞对肿瘤细胞的特异性识别和攻击机制。在类器官中免疫细胞与肿瘤细胞的相互作用被进一步放大，能够清晰观察到免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤过程。如T细胞在识别肿瘤细胞表面的特异性抗原后，会启动细胞毒性反应，直接杀伤肿瘤细胞。

2.3 肿瘤微环境（TME）模拟

乳腺类器官技术的出现，使得肿瘤微环境的模拟成为可能，为研究肿瘤生物学特性以及免疫治疗提供更加真实的实验平台。类器官模型能够高度再现肿瘤微环境中的细胞组成和结构，它能模拟肿瘤细胞在三维空间中的生长状态，并与免疫细胞、成纤维细胞、内皮细胞等细胞类型进行复杂的相互作用。这种三维结构为研究肿瘤细胞与免疫细胞的互动提供新视角，特别是在肿瘤免疫逃逸机制的探索中，类器官技术展现出应用价值。

肿瘤微环境中的免疫抑制作用是肿瘤免疫治疗的一大难题。类器官技术能够在体外重建肿瘤免疫微环境，模拟免疫细胞与肿瘤细胞的互动，揭示肿瘤免疫逃逸的机制。如类器官能够模拟肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）的存在，研究发现这些细胞通过分泌细胞因子或改变基质成分，抑制免疫细胞的攻击，从而促进肿瘤的生长和转移。研究发现这些细胞经过分泌细胞因子或改变基质成分，对免疫细胞产生抑制作用，从而促进肿瘤生长与免疫逃逸过程的完成。乳腺类器官技术能够有效模拟上述免疫抑制机制及其对免疫逃逸行为的支持效应，为相关研究提供新途径。类器官还可以模拟肿瘤微环境中的缺氧状态。在肿瘤组织中，缺氧区域常常是肿瘤进展和转移的核心区域。类器官能够通过调控培养环境中的氧气浓度，模拟低氧条件下肿瘤细胞的生长和代谢变化。研究表明，缺氧状态促进肿瘤细胞的侵袭性和耐药性，类器官模型为研究肿瘤细胞在缺氧环境中的变化提供了可靠的实验平台，有助于探索如何克服缺氧对治疗的耐受性[7]。另外，类器官能够模拟肿瘤微环境中的ECM成分，并研究其在肿瘤进展中的作用。研究表明，ECM中的纤维连接蛋白、胶原蛋白等成分通过激活整合素-FAK信号通路，增强肿瘤细胞黏附与迁移能力，从而促进肿瘤细胞的生长和侵袭[8]。

3 挑战与未来展望

3.1 当前技术局限性

尽管乳腺类器官技术在乳腺癌的研究和免疫治疗中取得了进展，但其应用仍面临一些挑战和局限性。其一，类器官的培养和维护需要复杂的实验条件和昂贵的设备。精确调控培养基的成分、细胞外基质的配比以及生长因子的使用，都增加实验的技术难度和成本，限制其在大规模研究中的推广应用。其二，当前的类器官模型尚未完全模拟肿瘤的复杂微环境。尽管类器官能够再现肿瘤细胞的三维结构，但在肿瘤血管生成、免疫细胞浸润以及肿瘤的缺氧区域等方面，现有技术仍有不足。如Jitu等[9]研究尝试将类器官与血管内皮细胞进行共培养，以部分模拟肿瘤新生血管形成过程，但该策略在三维结构中仍存在空间局限与灌注不均问题。其三，类器官培养存在明显的批次间差异，不同实验室在支架成分、生长因子浓度及操作标准上的不一致性，容易导致实验重复性下降，限制其在多中心研究中的推广。这使得类器官在某些方面无法准确反映肿瘤的生长、转移及免疫逃逸机制。

3.2 未来方向

随着乳腺类器官技术不断发展，未来的研究将重点集中在提升其模拟精度与临床转化能力。第一，类器官技术在高通量筛选中的应用将得到进一步增强。现有的培养方式和制备周期较长，限制其在大规模临床筛选中的普及。未来，类器官的高效培育及快速筛选技术将成为关键，特别是结合人工智能（AI）算法进行类器官图像识别与药效预测，有望显著提升筛选效率与数据分析精度。
第二，类器官在肿瘤微环境再现中的进一步优化也是未来的主要方向。尽管目前的类器官能够部分重建肿瘤细胞的生物学特性，但在血管生成、肿瘤免疫逃逸机制等方面仍有改进空间。值得注意的是，类器官模型与患者源性异种移植模型（PDX）在研究路径上具有互补性：前者可用于高通量、体外筛选，后者更适合系统性验证与长期预后评估。二者结合将为乳腺癌个体化免疫治疗方案提供更为坚实的证据基础。

4 结语

乳腺类器官技术为乳腺癌的研究与治疗提供了新平台。通过模拟肿瘤微环境，类器官提升了免疫治疗的精准度，也为个性化治疗方案的制定奠定基础。随着技术不断发展，类器官将在癌症研究、药物筛选及免疫治疗等领域发挥越来越关键的作用。

参考文献：

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[6]殷齐彦.基于类器官模型研究协同BRCA2突变导致乳腺癌发生的遗传和环境因素[D].昆明理工大学,2022.

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作者简介：郭昕（1997-），女，汉族 ，黑龙江省哈尔滨市，在读研究生，住院医师，研究方向：乳腺癌类器官