編者按
2025年1月10日，《Science》雜志報道，利用斑馬魚可助力癌癥個性化治療，首個以斑馬魚胚胎作為腫瘤“化身”的臨床試驗于1月份在葡萄牙正式啟動！
此項臨床試驗研究，由尚帕利莫基金會的發(fā)育生物學家麗塔?菲奧爾（Rita Fior）研究團隊主導，于1月份在葡萄牙啟動，旨在基于十余年的斑馬魚研究，通過將患者的腫瘤組織移植到斑馬魚胚胎中，模擬癌癥微環(huán)境并測試斑馬魚在不同藥物中的反應，從而篩選出最有效的腫瘤個性化治療方案，為精準醫(yī)療提供新的工具。本期我們一起分享該研究報道——
文章題目
Fish could personalize cancer treatments——The first clinical trial ofzebrafish embryos acting as cancer “avatars” will start soon
雜志：Science（IF=44.7）
發(fā)表時間：2025年1月10日
作者：Mitch Leslie
研究人員及單位：尚帕利莫基金會發(fā)育生物學家麗塔?菲奧爾（Rita Fior）研究團隊
01、研究概述
如果腫瘤醫(yī)生咨詢魚類，他們能做出更精準的癌癥治療決策嗎?本月將在葡萄牙開始的一項臨床試驗將找出答案。這項為期5年、由尚帕利莫基金會的發(fā)育生物學家Rita Fior主導的研究是首次隨機試驗，將患者的腫瘤組織移植到斑馬魚胚胎中，模擬癌癥微環(huán)境并測試斑馬魚在不同藥物中的反應。先前的研究表明，斑馬魚“化身”已經(jīng)能夠成功預測出有效的治療方法，因此，F(xiàn)ior及其研究團隊想進一步驗證斑馬魚的預測能力是否能在臨床實踐中使腫瘤患者受益。
哈佛醫(yī)學院干細胞生物學家Leonard Zon表示，“每個人都在尋找更有效的預測方法，以更好地了解個性化治療如何影響患者腫瘤。盡管已有大小鼠、果蠅、細胞等其他‘腫瘤化身’，也在推動著腫瘤個性化治療，但這些模型都有其局限性。如果新研究表明斑馬魚具有“高預測“價值，人們將對它產(chǎn)生極大的興趣與關注。”。
不同患者存在著基因代謝、生長潛力等腫瘤特異性，腫瘤進化軌跡千差萬別，導致腫瘤學家很難選擇合適的治療方法。盡管通過基因組分析有時可以幫助患者正確選擇腫瘤個性化治療方案，但由于腫瘤細胞往往存在大量突變，即使患者腫瘤基因指向特定的突變，卻仍然無法保證其發(fā)生特定反應。
因此，為了尋找更好的腫瘤治療方案，Rita Fior團隊已深入研究斑馬魚“化身”近十年。研究人員從患者身上分離出腫瘤細胞，在實驗室中對其進行熒光標記，并將其移植到透明的斑馬魚胚胎中，這些胚胎會在母體外自然生長。隨后，研究人員向魚胚胎添加抗癌藥或一定劑量的輻射，并觀察熒光腫瘤細胞，來預測患者腫瘤對特定療法的敏感性。在此過程中，通過驗證可能不起作用的治療方案，斑馬魚化身可能會使患者免受有潛在毒性但無效的治療之苦。
02、團隊先前研究成果
1. 2017 年，Rita Fior研究團隊發(fā)表在PNAS上的成果：
2017 年，Rita Fior研究團隊曾在PNAS上發(fā)表題為《Single-cell functional and chemosensitive profiling of combinatorial colorectal therapy in zebrafish xenografts》的研究成果，利用斑馬魚構(gòu)建異種移植瘤模型（zPDX），揭示了斑馬魚PDX模型能為腫瘤臨床治療提供即時藥敏檢測，有助于腫瘤患者獲得最佳的治療方案。
研究團隊將人類結(jié)直腸癌細胞植入斑馬魚胚胎，并觀察腫瘤細胞的生長情況。4天后，研究人員在斑馬魚體內(nèi)觀察到人類實體瘤的3個典型特征——細胞不斷快速分裂；生成給腫瘤供給營養(yǎng)的血管；癌細胞可以擴散至身體的其他部位。這意味著，人類癌細胞會伴隨著斑馬魚的生長而發(fā)展。
圖為在zPDX中的治療反應可預測患者的復發(fā)情況
為進一步驗證抗癌藥的效果，研究人員構(gòu)建了異種移植斑馬魚模型，并將兩種常用于治療結(jié)直腸癌的“化療雞尾酒”分別加入培養(yǎng)斑馬魚的水中。結(jié)果顯示，一些斑馬魚體內(nèi)的腫瘤減小了，但是另一些卻沒有變化。這表明，斑馬魚可以用于評估腫瘤藥物的有效性。
研究人員將采集自5個結(jié)直腸癌患者的腫瘤分別植入不同的斑馬魚胚胎中，并加入相同劑量的化療藥物。5組試驗中，有4組能夠準確預測患者術后3-6個月的復發(fā)情況。實驗表明，斑馬魚異種移植模型可以揭示腫瘤功能異質(zhì)性并評估治療反應，有望成為臨床檢測手段，具有臨床指導意義。
參考文獻：Fior Rita, Póvoa Vanda, Mendes Raquel V, et al. Single-cell functional and chemosensitive profiling of combinatorial colorectaltherapy in zebrafish xenografts. Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America, 2017, 114(39): E8234-E8243.
2. 2019年，發(fā)表在EBioMedicine上的成果：
在直腸癌治療中，新輔助放療已被廣泛應用，但治療前區(qū)分放射敏感性腫瘤與耐受性腫瘤仍是臨床未滿足的關鍵需求。傳統(tǒng)的小鼠患者源性異種移植（PDX）模型耗時長（2-4個月）且成本高，而體外細胞模型因無法模擬腫瘤微環(huán)境且存在克隆選擇偏差，預測能力有限。
2019年11月，Rita Fior研究團隊在EBioMedicine上發(fā)表題為《Developments in zebrafish avatars as radiotherapy sensitivity reporters - towards personalized medicine》的研究，該研究首次系統(tǒng)性驗證了斑馬魚異種移植模型在放療敏感性預測中的高效性與可靠性，為癌癥個性化醫(yī)療開辟了新路徑。其快速、低成本的特性尤其適用于臨床急需決策的場景（如新輔助治療前篩選），同時為放射增敏劑的開發(fā)提供了高效平臺。
圖為zPDX對輻射敏感性的測試
研究結(jié)果表明，KRAS G13D突變的HCT116對輻射敏感，HKe3細胞則對輻射耐受，這證明了即使在多克隆異質(zhì)性腫瘤中，本測定方法也能夠區(qū)分放射敏感性腫瘤和放射耐受性腫瘤。通過概念驗證實驗，也證明了直腸癌活檢的可行性，表明斑馬魚化身模型可以預測新輔助治療的臨床反應。初步的患者臨床反應數(shù)據(jù)與其匹配的zPDX治療引起的凋亡誘導相關。
參考文獻：Costa, Bruna., Ferreira, Susana., Póvoa, V&a., Cardoso, Maria João., & Vieira, S&ra.. (2019). Developments in zebrafish avatars as radiotherapy sensitivity reporters - towards personalized medicine. EBioMedicine, 51, 102578.
3. 2021年，發(fā)表在Nature Communications上的成果：
近年來，研究人員優(yōu)化了斑馬魚患者來源的異種移植物（zPDXs）——“zAvatars”，用于個性化醫(yī)療。該檢測方法是將標記的腫瘤細胞注射到斑馬魚胚胎中，在4天內(nèi)評估腫瘤行為和治療反應。盡管只有先天免疫是活躍的，但研究人員觀察到腫瘤移植存在一些異質(zhì)性。研究人員假設斑馬魚的先天免疫系統(tǒng)可以受到腫瘤的調(diào)節(jié)，而腫瘤本身能夠產(chǎn)生免疫抑制性TME或被消除。
2021年2月19日，Rita Fior研究團隊在Nature Communications雜志上發(fā)表題為《Innate immune evasion revealed in a colorectal zebrafish xenograft model》的研究，該研究結(jié)合使用了斑馬魚單克隆和多克隆異種移植、“zAvatars”、斑馬魚突變體和轉(zhuǎn)基因、小鼠異種移植物、再移植實驗和單細胞轉(zhuǎn)錄組學來檢驗這一假設。
該研究成果詳情請點擊：IF=16.6丨Nature子刊：在結(jié)直腸斑馬魚異種移植模型中揭示先天性免疫逃避現(xiàn)象
4. 2024年，發(fā)表在Nature Communications上的成果：
2024年6月5日，Rita Fior研究團隊在Nature Communications雜志上又發(fā)表題為《Zebrafish Avatar-test forecasts clinical response to chemotherapy in patients with colorectal cancer》的最新研究，該研究通過采用考慮腫瘤分期、zAvatar凋亡、zAvatar轉(zhuǎn)移潛力的決策樹模型，成功預測了55名患者中的50名的臨床結(jié)果，其預測患者病情進展的準確率達 91%，陽性預測值（PPV）為 91%，陰性預測值（NPV）為 90%，進一步驗證了將斑馬魚患者來源的異種移植模型(zAvatar)作為一個快速預測平臺，可用于結(jié)直腸癌的個性化治療。
實驗結(jié)果顯示，zAvatar模型正在成為一種快速、敏感的個性化醫(yī)療體內(nèi)篩選平臺，主要使用癌細胞系或有限數(shù)量的患者。zAvatar模型在評估患者腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移潛力方面具有獨特的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，不僅微轉(zhuǎn)移的發(fā)生率與腫瘤分期相關，而且經(jīng)歷疾病進展的患者在其相應的zAvatars中表現(xiàn)出更高的微轉(zhuǎn)移發(fā)生率。這些結(jié)果揭示了腫瘤細胞內(nèi)在的生物學轉(zhuǎn)移潛能如何作為一個預后因素。
圖為斑馬魚預測結(jié)直腸患者對化療的臨床反應
參考文獻：Costa, Bruna., Estrada, Marta F., Gomes, António., Fern&ez, Laura M., & Azevedo, José M.. (2024). Zebrafish Avatar-test forecasts clinical response to chemotherapy in patients with colorectal cancer. Nature communications.
作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業(yè)務。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！