2.1 基于万方数据库187篇类器官研究文章的热点分析
2.1.1 万方数据库类器官研究文章在2019年研究呈爆发持增长 从2009至2019年,中国万方数据库收录了类器官相关中文研究187篇,随年代逐渐增加,其中2019年文章最多为75篇,而2010年文章最少仅1篇,2020年截止到2020-05-14仅检索到12篇。中国类器官研究起步较晚,从2015及2016年开始逐渐增多,2019年类器官研究呈爆发式增长,说明了过去1年中国学者在类器官相关领域中研究较为活跃。见图1。
2.1.2 万方数据库的187篇类器官研究文章的关键词分析 干细胞3D培养及药物筛选应用是中国类器官研究领域的热点 在检索到的全部关键词中,出现频率最高的是类器官47次,其次是干细胞17次,器官捐献10次,药物筛选10次,3D培养6次。说明中国学者在将不同类型干细胞的进行体外3D培养建立类器官模型方面研究较多,主要用于药物体外筛选。在类器官种类上主要是肠类器官较多,在用途上主要是精准医疗、肿瘤研究和个体化医疗占主导,见图2。
2.1.3 收集被引次数和下载次数相对较高的11篇经典类器官研究文章显示中国研究者从事类器官研究的特点 在11篇经典研究中[6-16],有3篇文章被引次数相对较高[9-11],李婷婷等[10]采用液滴重叠法构建肝类器官3D培养模型,主要用于药物肝毒性的体外评价,被引4次;范文娟等[9]利用小鼠诱导性多能干细胞建立大脑皮质类器官并分析其生物学特性,建立了一种脑皮质类器官的干细胞诱导培养方法,被引3次;李朋彦等[11]采用HepaRG细胞建立肝类器官3D培养模型,主要用于药物肝毒性的体外评价,被引2次。这些研究所构建的类器官模型种类主要包括肠、脑、肝、肾和唾液腺,见表2。
2.2 基于Web of Science数据库(核心集)检索出2 450篇类器官研究的热点文章分析
2.2.1 在检索到的2 450篇文章以Histcite软件分析后筛选20篇类器官研究高被引文章[3,17-35] 生成的可视化引文编年图,见图3。
进一步分析图3中各文献的5条引文终点文 献[17-18, 22,25,29],可显示出国际研究者对类器官的研究方向主要集中在肠、脑、前列腺、肾和胃5种类器官的构建方法,分别是各领域的开山之作。
(1) SATO等[17](图3中65号文章:本地被引343次,全数据库被引1 050次)开发了一种可用于模拟人类胃肠道的感染、炎症或肿瘤组织的类器官;此研究在小鼠小肠培养体系的基础上,对小鼠和人结肠培养体系进行了优化。
(2) LANCASTER等[18](图3中109号文章:本地被引343次,全数据库被引1 050次)开发了一种人类多能干细胞衍生的三维大脑类器官培养系统,可显示人类皮质发育的特征。此研究开发了一种人类多能干细胞衍生的三维类器官培养系统,称为大脑类器官,它可开发出各种不同的并相互依赖的大脑区域。此研究还证明了患者类器质的早期神经元分化,这种变化有助于解释疾病的表型。总之,这些数据表明,即使在最复杂的人体组织中,三维类器官也能再现人体的发育和疾病状态。
(3) GAO等[22](图3中172号文章:本地被引150次,全数据库被引501次)利用三维器官系统,报道了从活检标本和循环肿瘤细胞中长期培养前列腺癌的成功案例。实验结果概括了前列腺癌亚型的分子多样性,包括TMPRSS2-ERG融合、SPOP突变、SPINK1过度表达和CHD1缺失。全外显子组测序显示出较低的突变负担,与基因组学研究一致,但关于FOXA1和PIK3R1的突变,以及DNA修复和染色质修饰途径在晚期疾病研究中已有报道。p53和RB肿瘤抑制通路功能的丧失是类器官模型中最常见的特征。此研究所描述的方法可培养出大量的患者源性前列腺癌株系,因此这些基因和药理学研究都是可行的。
(4) TAKASATO等[25](图3中282号文章:本地被引131次,全数据库被引413次)构建了含有肾单位的肾类器官,探讨集合管对肾间充质祖细胞优先诱导的发育机制。此研究建立了包含肾单位和肾间质和内皮细胞包围的集合管网络的肾单位。在这些类器官中,单个肾单位分裂成远端和近端小管、早期Henle环和含肾小球的足细胞,形成足突并开始血管化。当肾脏类器官的转录谱与人类胎儿组织比较时,它们与妊娠早期人类肾脏的一致性最高。此类肾脏器官代表了未来可应用于人体器官的强大模型,其主要用途包括肾毒性筛选、疾病建模和作为治疗细胞来源。
(5) MCCRACKEN等[29](图3中196号文章:本地被引117次,全数据库被引333次)报告了一种通过人类多能干细胞的定向分化方法在体外构建三维人胃组织类器官模型,可用于阐明人类胃部发育和疾病的潜在机制。此研究利用hGO培养物来识别调节早期内胚层模式和转录因子NEUROG3上游胃内分泌细胞分化的新信号机制。用hGOs模拟人类疾病的发病机制,发现幽门螺杆菌感染导致毒力因子CagA与c-Met受体迅速相关,可激活信号传导通路,诱导上皮细胞增殖。这些结果描述了一个新的和强有力的体外系统,用于阐明人体胃发育和疾病的潜在机制。
2.2.2 从检索到2 450篇文献及其10 974条参考文献归纳出11篇该领域的经典文章
(1) SATO等[36]于2009年用源于小鼠肠道的成体干细胞培育出首个微型肠道类器官,真正开启类器官培养的时代。
(2)在随后的几年里,其他科学家构建出了大脑、胰腺、前列腺癌和直肠等类器官体外模型,类器官研究热度逐渐提升。
(3)归纳出11篇此领域的经典文献[17-19,21-23,25-26,36-38],见表3。
2.3 检索中国和北美临床注册中心结果分析类器官的临床研究前景
2.3.1 中国临床试验注册中心数据 中国临床试验注册中心对类器官研究在2017至2020年注册12项,其中2项最终关注的随机对照试验(干预性研究)正在进行中,其他10项研究均为观察性研究。
(1) 中山大学附属第七医院在2020年注册了3项研究(注册号:ChiCTR2000029049,ChiCTR2000028889,ChiCTR2000028856);同济大学附属第十人民医院分别在2018年和2019年注册了2项研究(注册号:ChiCTR1900023682,ChiCTR1800017767),说明此2个机构研究在中国类器官临床试验研究方面较为活跃积极。
(2)在中国临床试验中心注册的类器官模型研究方案中,方向为胃癌的有3项,胰腺癌的有2项,子宫内膜癌的有2项,直肠癌、鼻咽癌、乳腺癌和卵巢癌的各有1项,多种恶性肿瘤研究有1项,共计12项注册项目,注册时间为2017至2020年,见表4。
2.3.2 北美临床试验注册中心数据 检索到与类器官研究有关的北美临床注册项目23项,首次注册时间2015至2019年。
(1)此23项方案中,包括前瞻性队列研究有9项,开放性,单臂试验有8项,前瞻性病例分析4项,横断面研究和非随机开放性试验1项,尚未发现正在进行的随机对照试验。
(2)在此23项类器官注册项目中,除包括胃癌、胰腺癌、直肠癌和乳腺癌类器官模型外,还包括肺癌、食管癌、骨髓瘤、头颈部鳞状细胞癌、肾脏癌、星形细胞瘤和肝胰腺癌类器官模型,器官研究领域更为广泛,见表5。
2.3.3 类器官临床注册方案在中国华西和美国北美临床试验数据库注册项目的对比分析
(1) 类器官临床研究领域中,美国类器官研究领域更广泛,研究相对较多,开展时间更早(美国2015年,中国2017年),但多为队列研究和单臂试验,也缺乏随机对照试验。
(2) 中国近年来在类器官领域已经取得了一些成果,一些受人瞩目的临床研究试验方案正在进行中,其中已经有2个随机对照试验方方案正在进行中,分别是同济大学附属第十人民医院进行的类器官模型联合微流芯片技术构建卵巢癌药筛体系及临床转化应用(注册号:ChiCTR1800017767),复旦大学附属眼耳鼻喉科医院进行的“鼻咽癌肿瘤类器官建立和个体化精准治疗研究”(注册号:ChiCTR1900024322),其未来临床研究结果值得期待。
2.4 基于SooPAT中国专利数据库2015年以来55项有权专利中可见中国类器官研究领域的最新专利成果
(1)在SooPAT中国专利数据库检索到55项有权专利,经筛选标题后纳入与类器官研究十分相关的专利文章4项,见表6。
(2) 浙江霍德生物工程有限公司(专利申请号:201810208751.0,授权/发明专利)从得到的高度纯化的神经球开始,用较为简单的方法可以控制并培养得到大小及结构均一的3D大脑类器官,适用于体外疾病研究、药物筛选等。
(3) 华东师范大学有2项(专利申请号:201510617275.4,授权专利;专利申请号:201610345283.2,授权/发明专利),浙江霍德生物工程有限公司(专利申请号:201810208751.0,授权/发明专利)和中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(专利申请号:201821548029.3,实用专利)各有1项专利,说明中国学者的类器官相关专利还比较少。
(4)中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(专利申请号:201821548029.3,实用新型专利)公开了一种高通量3D细胞、类组织及类器官动态培养系统,可自动化完成3D动态培养,安全可靠、高效便捷。