类器官：驱动大分子抗体类药物研发革新

 药物开发面临的挑战 

在进行生命科学基础研究及药物研发时，常常需要借助2D细胞系以及模式动物等实验模型来进行疾病机制和诊断治疗方法的研究。

2D细胞模型的局限性

2D细胞培养模型在发育生物学、组织形态学、疾病机制、药物研发、大规模蛋白生产、组织工程和再生医学等领域发挥了重要作用。2D培养系统常常无法构建有效的模型，对临床前的药物筛选试验的准确性造成不良影响。

永生化细胞系临床相关性有限：永生细胞系容易获得，并且易于操作、增殖及保藏，在实验室中广泛应用。然而，这些细胞系的生理结构和遗传特征与原代细胞差异较大，与人体生理情况更是存在巨大差异，导致其对药物效果的预测失真。

缺乏微环境：传统的2D细胞系往往为单层细胞培养，缺乏各种细胞外基质，同时也缺少血管、免疫系统等，难以高度模拟人体复杂的生理结构和功能。

缺乏不同类型细胞间的交流：2D细胞系缺乏其他类型细胞，难以模拟体内常常发生的不同类型细胞-细胞相互作用、细胞-基质相互作用，导致其对药物的反应方式与体内差异巨大。

动物模型的局限性

动物模型作为人体的替代者进行药物试验已有漫长的历史，并形成了完整的药物临床前评价体系，动物试验数据也成为FDA批准IND必不可少的申报材料之一。最常见的实验动物，主要为啮齿类（包括大鼠、小鼠、地鼠、豚鼠等）、非人灵长类（包括食蟹猴及猕猴等）、犬类（比格犬等）、猪类、兔类等。其中，啮齿类实验动物应用最为广泛。但动物模型存在许多应用缺陷。

建模难度大，实验周期长：动物实验通常需要3-6个月的建模周期，且动物模型需要专业化的场地和技术人员进行饲养和维护，周期长，成本高。

与人体存在种属差异：传统动物模型无法避免与人体的种属差异，因此导致其对药物的实际人体反应预测能力较差。据统计，超过90%通过动物试验的药物在人体临床试验中失败。同时动物实验也存在伦理、动物保护、成像观察的局限性等问题。

价格高昂：非人灵长类动物的需求量一直很大，价格高昂，且常常面对“一猴难求”的局面。

 

 类器官：突破传统药物测试模型局限的新希望

患者来源类器官(Patient-derived organoid，PDO)是一种新型的 3D 体外模型。肿瘤类器官可以直接从患者活检或切除的肿瘤经。

过简单处理后产生，保留了患者体内肿瘤的病理学、基因组和转录组等主要特征，并且具有与肿瘤相似的治疗反应，同时也适用于大规模高通量筛选；可提供新药开发临床前生物数据支持，大幅度缩短临床前试验与临床试验的周期，提高预测准确度，降低新药开发成本与风险，为新药研发提供更为优质的平台。

类器官(0rganoids) 指利用成体干细胞或多能干细抱进行体外三维(3D) 培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物。

类器官优势:

• 长期传代

• 保留亲本特征和异质性

• 培养成功率高

• 实验周期短

• 成本低

• 不存在种属差异

• 适合高通量筛选

药物的研发，尤其在大分子药物领域，面临多重挑战：靶点验证与选择复杂、免疫原性风险高、体内稳定性与递送效率不足、临床前模型难以准确反映人体内的生物学响应与毒性风险等。例如，基因泰克的vadastuximab talirine、阿斯利康/MedImmune的MEDI4276等大分子药物均因安全性问题在临床阶段折戟，凸显了传统模型在毒性预测方面的局限。

类器官技术的迅速发展为大分子药物研发提供了全新视角。类器官能够高度模拟人体组织的结构、功能及异质性，对于抗体药物、融合蛋白、双特异性抗体及抗体偶联药物等大分子药物的研发尤为重要。其核心优势在于：

高效筛选与分子优化：利用高通量类器官模型，可系统评估大分子药物的靶点结合、内化、稳定性及效应功能，加速候选药物的筛选与优化。

安全性及免疫原性评估：类器官共培养体系可模拟人体器官的微环境与细胞组成，帮助早期识别大分子药物可能引起的器官特异性毒性及免疫相关风险。

提升临床转化成功率：基于患者来源类器官的药效与毒性测试，能够更准确地预测个体化治疗反应，降低因疗效不足或脱靶毒性导致的临床失败风险。

 

 丹望医疗大分子药物研发体系

丹望医疗作为全球最大类器官模型库的企业之一，建立了标准化的大分子药效检测体系，覆盖抗体药物、ADC、TCE等大分子药物的完整研发支持平台。我们具备丰富的项目执行经验，已成功支持多款大分子药物的临床前开发，并在包括《Cancer Discovery》等国际高水平期刊上发表研究成果，实现了从“实验室数据”到“学术可见成果”的双重验证。

我们提供从靶点验证、候选分子筛选、药效与毒性系统评价策略探索的一站式解决方案，以高度仿生、可重复的类器官模型，显著提升大分子药物的临床可预测性，助力加速其转化进程与上市成功率。

 

 丹望医疗类器官平台的应用验证

前期验证一：药效评估：利用结肠癌类器官进行ADC药物的“头对头”研究

合作内容： 丹望医疗类参与了新型ADC药物“T moiety- Exatecan ADC”的研发过程并为其药效评估做出重要贡献。这款药物从结构上能够隐藏Exatecan的疏水性，从而发挥更强的肿瘤杀伤作用。丹望分别用MTX-1000和DS-8201a处理结肠癌类器官模型，并在第0天和第6天进行染色成像。结果显示，在多个剂量点，相较于DS-8201a，MTX均能够明抑制/杀伤肠癌类器官。此外，研究者也分析了两种ADC对肿瘤类器官的穿透能力，MTX-1000在PDO核心附近仍有较强的细胞杀伤能力，而DS-8201a则一直维持在较低水平。其药效分析同动物实验高度一致，实验周期却大大缩短。

成功见刊：该研究发表在Cancer Discovery杂志上。

应用价值：该案例表明，丹望医疗类器官在ADC药物开发的评估系统得到了国际专家认可，为ADC等大分子的药物评估提供了突破传统的崭新平台。

论文中Figure 2.

G. 结肠癌类器官对MTX-1000和DS-8201a的响应。图中展示了两个独立类器官的明场图像（左）和活/死细胞荧光染色图像（右）。结肠癌类器官用浓度为50 μg/mL的MTX-1000或DS-8201a处理6天。活细胞用钙黄绿素乙酰氧基甲酯（Calcein AM，绿色）染色标记，死细胞用碘化丙啶（PI，红色）染色标记。比例尺为20微米。

H. ADC处理第0天和第6天的类器官大小。使用浓度梯度的DS-8201a或MTX-1000与类器官共孵育6天，并测量存活的类器官大小。所示数据为两次独立测量的平均值±标准误。

I. ADC在类器官中渗透的量化分析。MTX-1000与DS-8201a处理下，PI染色信号从类器官表面到核心的空间分布。该分析依据Supplementary Figure S10. F所示方案，使用Image J软件完成。

论文中Supplementary Figure S10.

A. 用于建立结肠癌类器官（P6）的患者样本中HER2表达的代表性免疫组化图像。

B. 结肠癌类器官P6的代表性苏木精-伊红（H&E）染色图像。展示了全景以及放大的单个类器官。

C,D. 类器官P6在给予指定ADC药物前（C，第0天）和药物治疗后（D，第6天）的活细胞/死细胞代表性图像。左侧为96孔板全景，右侧为选定区域的放大视图。使用钙黄绿素乙酰氧基甲酯（Calcein AM，绿色）对结肠癌PDO活细胞染色标记，使用碘化丙啶（PI，红色）对死细胞染色标记。

E. P6类器官经6天药物处理后对ADC的剂量反应曲线。存活的类器官数据为两次独立实验的平均值±标准误。

F. 测量ADC在类器官中渗透的示意图。将一个类器官从表面到核心人为划分为四个同心圆区域。对每个环形区域内的活细胞和死细胞进行计数，并用于绘制活细胞/死细胞分布图。

G. 类器官中ADC渗透的定量分析。MTX-1000与DS-8201a的钙黄绿素乙酰氧基甲酯（Calcein AM，绿色）染色信号从类器官表面到核心的空间分布。

H. 一个类器官被MTX-1000和DS-8201a处理6天后的反应图像。展示了类器官的明场图像（左侧）和活细胞/死细胞染色图像（右侧）。对结肠癌类器官以50 μg/mL浓度的MTX-1000或DS-8201a处理。活细胞使用钙黄绿素乙酰氧基甲酯（Calcein AM，绿色）染色标记，死细胞使用碘化丙啶（PI，红色）染色标记。

前期验证二：药物毒性评价：利用肺泡类器官评估ADC药物的毒性

基于丹望医疗人肺类器官，经诱导分化13天形成肺泡类器官。本研究中我们使用肺泡类器官测试了药物Isotype、ADC-1、ADC-2的肺泡毒性。实验中观察到，Isotype处理后，肺泡类器官在形态和活率上没有显著变化；被dose 1的ADC-1处理后，肺泡类器的活率显著降低； 被dose 2和dose 3的ADC-1的处理后，肺泡空腔明显增大；被ADC-2处理后，肺泡类器官的活率随着药物浓度的升高而呈现出轻微降低趋势。

应用价值：类器官可用于系统评价不同ADC候选分子的治疗窗口，推动更安全、有效的抗体偶联药物开发。

前期验证三：PBMC 激活 T 细胞与类器官共培养对TCE进行药效评价

在肿瘤与自身免疫性疾病治疗领域，T细胞衔接器（T-cell engagers, TCEs）作为一种创新性的双/多特异性抗体平台，正迅速成为免疫治疗的新基石。TCE 与 ADC 的联合应用已成为临床研究的重要方向，其原理在于：ADC 杀伤高抗原表达的肿瘤细胞后释放肿瘤抗原，可进一步增强 TCE 的免疫激活效果，形成「靶向杀伤+免疫清除」的协同效应，有望显著提升客观缓解率并延长生存期。

我们通过PBMC中T细胞激活扩增、T细胞与肿瘤类器官共培养效靶比测试、T细胞与肿瘤类器官特定效靶比下共培养对TCE药效测试等三个阶段，实现了对阳性TCE药物药效的有效评价，证实了TCE对不同胃癌类器官的杀伤存在差异化响应与时效特征。

应用价值：这一发现不仅验证了PBMC作为效应细胞来源的可行性，同时也验证了丹望医疗大分子体系在TCE上的有效性，更为在类器官平台上评估TCE 与 ADC 的联合应用的药效奠定了基础。

类器官与PBMC-T cell共培养效靶比测试

图片示例：类器官，PBMC-T cell donor 1081

前期验证四：结直肠癌类器官的MCLA-158药效测试

MCLA-158抗体，也称为Petosemtamab，是一种双特异性抗体，靶向EGFR和LGR5。它临床前完全采用了结直肠癌类器官模型进行药物筛选，并获得FDA批准临床实验，是目前基于类器官数据获批IND的标志性药物。

MCLA-158于2018年在欧洲国家获得了CTA审批与美国FDA的IND审批，在2023年首次获得了FDA授予其用于头颈部鳞状细胞癌患者快速通道的资格，临床2期数据已公布，1500mg剂量下联合K药一线治疗HNSCC的响应率达到60%，其中有5位患者达到完全缓解，mDoR为11个月，确认的ORR达到50%，安全性良好。

丹望医疗基于库存的EGFR+（IHC）及LGR5+（qRT-PCR）结直肠癌类器官对其进行了药效测试，进一步验证了丹望医疗的大分子测试平台。

MCLA-158抗体的化学结构 (图源： DOI: 10.1038/s43018-022-00359-0) 结直肠癌类器官-MCLA-158 药效测试

丹望医疗结直肠癌类器官 MCLA-158药效测试（绿色荧光指示活细胞，红色荧光指示死细胞）

 

 丹望医疗类器官模型特征库