肿瘤类器官（PDO）是目前最贴近真实肿瘤的体外模型，支持“替病人试药”的个性化精准医疗。主流的PDO制备技术在临床转化中面临挑战：难以高通量、标准化制备，降低了药敏的可重复性；PDO制备和药敏周期长（大于2周），较难保持临床对应性；难以实现均一性（标准化）和异质性（个性化）的统一。这些限制因素制约了PDO的临床和产业化应用。

针对上述痛点，中国科学院苏州纳米所索广力团队与苏州大学附属第一医院周好合作，研发了微肿瘤细胞球（Micro-Tumorsphere，MTS）标准化、高通量制备和个性化药敏测试新技术。研究人员利用自研的细胞芯片（图1a,b）和MTS富集设备（HACS与CytoSTAR），建立了一套完整的标准化MTS制备流程（图1c）。仅需微量（50-200mg）乳腺癌穿刺组织，在微阵列芯片上Matrigel-free选择培养5天，诱导单个肿瘤干细胞（CSC）克隆增殖，高通量制备均一MTSs（5000-12000个/芯片），8天内完成制备和大于10个药物的药敏测试。在246例临床乳腺癌组织样本（包括58例穿刺样本），MTS的制备成功率高于90%，芯片上MTS成球率与肿瘤的恶性程度高度正相关（图1f-1i，原文Fig. 1）。经典的CSC成瘤频次实验和大量的体外体内细胞学实验证明了MTS细胞的CSC特征（图2，原文Fig. 2, Fig. 3）。单细胞RNA-Seq测序数据进一步证明了均一的MTS由纯的癌细胞组成（占比98.78%），具有CSC/precursor特征，代表肿瘤发生早期的clonal growth/self-renewal，大量的MTSs概括了原肿瘤内CSC群体的有功能的异质性（图3，原文Fig. 4）。

图1. MTS的制备流程及其临床恶性程度相关性

图2. MTS细胞具有较强的肿瘤干性与肿瘤发生能力

图3. 单细胞测序证明MTSs概括了原肿瘤内CSC群体的有功能的异质性

肿瘤类器官的均一性对于提高药物测试的可重复性和准确性至关重要。MTS药敏测试的重复性（Biological repeats，N=6； CV≈5%）远高于Matrigel-PDO（CV >20%）（图4b，原文Fig. 6f）。基于MTS模型，研究团队开发了8天内的个性化药敏检测方法，初步建立了药物敏感性Cutoff值，和联合用药检测方法等（图4a-4c，原文Fig. 6a-6g）。研究中共预测了16例临床乳腺癌新辅助治疗效果，成功预测了15例，准确率约为93.8%（图5d，原文Fig. 8h）。

随着免疫治疗（如PD-1抗体）广泛应用，基于肿瘤类器官开展个性化免疫药敏测试已成必然。其核心在于构建可控、明确的免疫微环境。传统的PDO中肿瘤增殖功能不明确、缺乏功能性免疫细胞、模型均一性差，导致标准化困难、药敏结果误差大。为此，研究团队开展概念验证：将均一MTS与同一患者CD8+ T细胞共培养，建立简洁、可重复和明确的免疫互作体系，并在此基础上稳定检测PD-1抗体对MTS的杀伤效应。（图4e-4j，原文Fig.6h-6m）

图4. MTS模型可在体外评估临床患者的新辅助治疗效果并进行免疫药物有效性评估

总体来看，这项研究构建了一种高通量、快速且高度稳定的功能性癌症干细胞筛选和培养平台。它不仅解决了长期困扰精准医疗领域的CSC获取难题，还首次实现了基于患者来源CSC的快速个体化药敏测试。相比传统类器官模型，MTSs在标准化制备、均一性、高通量、速度和临床预测能力方面都展现出巨大优势。未来，随着更多癌种验证以及免疫治疗模块的完善，这种微孔芯片平台有望成为精准肿瘤医学的重要基础工具，让“先试药、再治疗”的真正个体化医疗逐渐成为现实。

相关成果以High-throughput generation of patient-derived cancer stem cells for precision medicine using a microwell-chip platform为题发表在Nature Cell Biology上。中国科学院苏州纳米所博士后赵喆为该论文第一作者，索广力研究员、徐中娟助理研究员，以及苏大附属第一医院周好副主任医师为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、江苏省重大科技项目、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。

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