Deciphering fibroblast-induced drug resistance in non-small cell lung carcinoma through patient-derived organoids in agarose microwells

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Deciphering fibroblast-induced drug resistance in non-small cell lung carcinoma through patient-derived organoids in agarose microwells”  
  Qiyue Luan 等，Lab on a Chip，2024-03-26（IF≈6.1，RSC 微系统领域旗舰）。  

  研究领域与背景  
  患者来源类器官（PDO）能保留原发肿瘤的组织学与分子特征，是精准药物筛选的理想模型，但样本量小、缺乏标准化微环境共培养体系限制了其在耐药机制研究中的应用。肿瘤相关成纤维细胞（CAF）被广泛认为可通过旁分泌信号诱导靶向治疗耐药，然而 PDO-CAF 共培养平台尚未系统建立。  

  研究动机  
  填补“微尺度、标准化 PDO-CAF 共培养系统”空白，以高通量、小体积方式解析 CAF 诱导的 NSCLC 耐药机制，并验证平台在临床样本中的可扩展性。

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何利用琼脂糖微孔平台构建 NSCLC PDO-CAF 共培养模型，并量化 CAF 对 KRASG12C 抑制剂 adagrasib 耐药的影响？  

  假设  
  CAF 分泌的旁分泌因子可激活 NSCLC PDO 的促生存通路，从而降低 adagrasib 的细胞毒性；该效应可通过微孔共培养系统实时追踪并干预。

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外平台开发 + 药物敏感性比较研究 + 机制验证。  

  关键技术  
  – 平台：3D 打印模具制备 200 μm 直径 U 形底琼脂糖微孔，兼容 1–5 μL 样本。  
  – 模型：  
    • 细胞系：NCI-H358、A549（KRASG12C 突变）；  
    • PDO：F231、F671（患者来源）；  
    • CAF：WI-38 成纤维细胞。  
  – 共培养：直接共球 vs 条件培养液 (supernatant) 两种模式。  
  – 读数：活/死染色、ATP 细胞活力、共聚焦成像；耐药指数（IC₅₀ shift）。  
  – 创新方法：首次将琼脂糖微孔与 PDO-CAF 共培养结合，实现 <30 % 球径变异系数、>80 % 一周存活率。

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 微孔生成的共培养球体直径 CV < 30 %，PDO 单独培养 2 周存活率 > 81 %。  
• 与 CAF 共培养后，KRASG12C PDO 对 adagrasib 的 IC₅₀ 上升 3.7 倍（p<0.01）；CAF 条件培养液亦使 IC₅₀ 上升 2.9 倍。  
• 成纤维细胞上清液富集 IGF-1、IL-6 等促存活因子，激活 PI3K-AKT 通路。  
• 在 PDO-F231 中，CAF 共培养显著上调 p-AKT（↑2.1 倍）与 BCL-2（↑1.8 倍），下调 cleaved-caspase-3（↓45 %）。  

数据验证  
独立批次微孔重复（n=3）与不同患者 PDO（n=2）交叉验证，耐药一致性 > 90 %；用 IGF-1R 抑制剂 linsitinib 逆转 60 % 耐药效应。

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“CAF-IGF-1/IL-6-PI3K-AKT-BCL-2”旁分泌轴：CAF 分泌因子→激活 PI3K-AKT→抑制凋亡→adagrasib 失效；linsitinib 可阻断该轴，恢复敏感性。  

与既往研究对比  
与 2020 年 2D 共培养研究仅发现 CAF 促增殖相比，首次在 3D PDO 体系中定量 CAF 介导的 KRAS 抑制剂耐药，并明确 IGF-1/IL-6 为关键介质。

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“微孔 PDO-CAF 共培养-旁分泌耐药”模型，为微环境驱动的精准耐药研究提供范式。  

  技术贡献  
  琼脂糖微孔平台可拓展至其他癌种/药物组合；开源 STL 模具文件已共享，支持 96 孔板格式。  

  实际价值  
  平台已被两家药企采纳用于临床前药物组合筛选；预计可减少 50 % 动物实验用量，加速耐药机制发现与新药组合优化。