先试药，再施治！膀胱癌类器官：串联基础研究、药物筛选与个体化精准医疗！

膀胱癌是全球高发的泌尿系统恶性肿瘤，尽管分子生物学与治疗领域已取得诸多进展，但膀胱癌的治疗选择仍较为有限。膀胱癌类器官（BCOs）凭借独特优势，有望弥合基础科研、临床诊疗与药物开发之间的壁垒。该模型可还原肿瘤异质性、重构肿瘤微环境（TME），并模拟肿瘤的治疗应答，已成为膀胱癌研究中具有变革意义的新型研究平台。

近日，楚雄彝族自治州人民医院、山西省肿瘤医院与嘉士腾共同合作在国际权威期刊Cancer Cell International（IF：7.0）上发表了题为“Bladder cancer organoids in precision medicine: Bridging basic science, clinical therapeutics and drug development”的文章。该文章以临床转化为核心主线，全面总结了BCOs的标准化构建培养方案，深度挖掘其在肿瘤机制探索、个体化精准施治、高通量新药筛选等场景下的转化应用价值，同时剖析技术落地现存阻碍，为推动BCOs走向临床实用化提供系统性理论支撑。

1. 研究背景

膀胱癌是全球范围内高发的泌尿系统恶性肿瘤，临床异质性显著。尽管分子靶向治疗、免疫治疗方案持续更新迭代，晚期膀胱癌仍面临治疗手段有限的困境，而肿瘤高度异质性是制约疗效提升的核心因素。

现有传统临床前模型均存在固有局限。二维肿瘤细胞系经长期体外传代会积累大量突变，难以重现肿瘤异质性，用于药物敏感性预测时可靠性不足。患者来源异种移植模型（PDXs）虽能够保留原发肿瘤的组织学与分子特征，但建模周期长、成本高，且小鼠体内肿瘤会发生物种特异性演化，无法复刻人类真实病理进程，同时缺乏完整人体免疫微环境，严重阻碍免疫药物研发。在此形势下，三维肿瘤类器官技术得到快速发展。BCOs可依托肿瘤干细胞实现自组装，有效复刻原发肿瘤的细胞构成、组织结构、分子特征及微环境相互作用，现已成为连接基础研究、临床个体化诊疗与新药研发的革命性体外研究平台（图1）。

图1. 膀胱癌类器官在转化研究中的应用

2. BCOs构建与多元化培养方案

2.1 样本来源与建模效率

BCOs的构建成功率约为50%~80%。肿瘤样本来源是决定建模成败与模型质量的关键因素，四类临床来源样本具备各自独特的适用场景：

·  手术切除标本（经尿道膀胱肿瘤电切、根治性膀胱切除组织）：最优样本来源，细胞完整性好、基质与免疫组分丰富，可稳定复刻肿瘤完整微环境，是标准化建库首选材料；

·  穿刺活检样本：取样微创便捷，但组织体积有限，类器官形成效率偏低，仅适合小规模探索性实验；

·  尿液脱落细胞：完全无创取样，适合长期动态监测患者治疗应答，但尿液中肿瘤细胞活性差，稳定传代难度高，且尿液易被微生物污染，仅适用于无创初步筛查模型；

·  转移灶组织：专门用于膀胱癌淋巴转移、远处侵袭、耐药复发机制研究，为晚期转移性膀胱癌机制探索提供了专属模型。

2.2 各类三维体外培养平台的利弊权衡与转化应用前景

·  基质胶（Matrigel）培养体系：是当前全球应用最为广泛的BCOs培养方案。基质胶能够构建三维支架并提供多种生化信号，支持膀胱肿瘤细胞增殖与分化。该体系存在显著局限性：原料来源于小鼠肿瘤，批次差异明显，实验可重复性欠佳；基质中含有大量未明确组分的生长因子，易干扰肿瘤原有生物学表型；同时异种来源组分还带来生物安全风险与伦理争议。

·  低生长因子基底膜提取物（BME）体系：为适配尿液源性类器官开发的专用基质，质控标准化水平优于Matrigel，能够利用无创尿液来源样本开展早期药物疗效评估。但该体系难以彻底消除尿液标本带来的微生物污染风险，暂不适合常规临床转化检测。

·  无胞外基质（ECM）超低黏附板培养体系：彻底规避动物基质带来的实验偏差，操作简便，可通过酶消化快速制备单细胞悬液。但缺失三维支撑结构，破坏肿瘤细胞空间排布与细胞间信号交流，细胞分化、增殖能力下降，无法完整模拟体内胞外基质重塑与复杂TME，仅适合简单药物初筛。

·  免疫共培养仿生平台（ALI气液界面、CAR-T共培养、无基质自体免疫模型）：ALI培养将肿瘤碎块包埋基质胶，保留患者自体免疫细胞，模拟尿路上皮生理环境，7天内即可完成免疫治疗药效评价；CAR-T共培养体系可直接体外评估靶向CAR-T细胞对膀胱癌的杀伤效果；无基质自体免疫类器官剔除异种基质干扰，客观还原原生免疫抑制微环境，适配免疫检查点抑制剂筛选。上述各类免疫共培养平台普遍存在适用细胞类型有限、试剂成本高昂、操作流程复杂等问题，不利于大规模推广应用。

·  3D生物打印类器官体系：借助生物打印技术精准调控细胞数目与空间分布，克服传统基质胶机械强度不足、成胶速度缓慢等缺陷，可高度还原患者肿瘤组织分层结构，适合标准化高通量培养。然而该技术对设备与操作技能要求较高，距离规模化应用仍处于实验室研究阶段。

3. BCOs在基础肿瘤生物学研究中的核心应用

3.1 解析肿瘤发生、进展与耐药分子机制

早代次BCOs是解析膀胱癌发生、进展与耐药机制的核心工具。依托该模型，学界明确了NMIBC关键驱动机制：PIK3CA、FGFR3突变激活PI3K/AKT通路促肿瘤增殖，芳香烃受体通路诱发尿路上皮恶性转化，多个核心分子分别调控肿瘤增殖、侵袭进程。依托配对BCOs模型的核心研究证实，UBE2S-TRIM21介导的蛋白泛素化是膀胱癌淋巴转移的关键机制，靶向药物cephalomannine可有效抑制肿瘤侵袭。同时，基因编辑BCOs体系验证，抑制组织蛋白酶H可有效逆转MIBC化疗耐药。需重点注意，BCOs长期传代易出现克隆漂移，高代次模型会丢失原发肿瘤突变特征，仅早代次模型适用于异质性与分子机制研究。

3.2 模拟TME与免疫逃逸

BCOs免疫共培养体系可体外重建肿瘤免疫微环境，支撑肿瘤免疫逃逸机制研究。通过患者外周血单个核细胞与BCOs共培养，可诱导功能性杀瘤T细胞，直观验证免疫细胞的抑瘤作用；结合液滴声学打印技术，可快速构建原生免疫微环境、高效制备杀瘤T细胞（图2A）。核心研究成果表明，保留自体免疫组分的BCOs可精准复刻肿瘤相关中性粒细胞介导的免疫抑制通路，阐明了尿路上皮癌免疫检查点阻断治疗耐药的核心诱因，为免疫联合治疗方案优化提供重要支撑。但该模型无法完全模拟人体动态复杂的免疫应答，临床疗效预测能力存在局限。

3.3 血管化类器官芯片破解肿瘤血管研究瓶颈

血管化BCOs芯片突破了传统类器官无功能性脉管的技术瓶颈。该模型可构建患者特异性微血管网络，核心研究证实Notch通路可介导膀胱癌细胞促血管生成与血管定向迁移，且模型的血管生成、肿瘤侵袭能力与患者临床转移风险高度匹配，可精准用于抗血管药物药效评估。同时，该技术可构建血管-基质-肿瘤三维界面，模拟药物时空梯度暴露，优化化疗药物筛选体系（图2B）。目前血管化BCOs仍存在短板，仅能构建简易微血管，血管发育不成熟、实验稳定性不足，后续需优化血管构建技术、完善临床验证，助力临床转化。

图2. 肿瘤类器官用于模拟肿瘤免疫微环境及血管生成示意图

4. 膀胱癌类器官的临床转化价值：精准医疗落地核心载体

4.1 个体化高通量药物敏感性筛选

BCOs具备可观的临床转化前景，在个体化药物筛选领域尤为突出。相较于二维培养体系，BCOs对维奈克拉、S63845和顺铂的药物敏感性存在显著差异，证实该模型能够精准预判治疗应答。同时，类器官模型可作为传统研究手段的有效补充，助力挖掘肿瘤治疗靶点、改善治疗效果。现有数据显示，肿瘤类器官预测化疗与靶向药物敏感性的灵敏度可达100%、特异度93%、阴性预测值100%、阳性预测值88%，展现出良好的初步预测效能。

不同膀胱癌亚型存在天然药物应答异质性。BCOs可有效解释膀胱癌亚型耐药特征，管腔型较基底型化疗耐药更强，同时可重现肿瘤致密基质阻碍药物渗透的特点，阐明临床疗效个体差异机制。目前已建立亚洲人群特异性BCOs生物样本库，其筛选结果与临床预后高度一致，并鉴定出调控顺铂、吉西他滨药效的关键基因。重要研究成果显示，曲美替尼联合YAP抑制剂可协同抑制肿瘤增殖、促进细胞凋亡；曲美替尼可重塑肿瘤亚型特征，联合卡铂可显著提升化疗敏感性，为晚期膀胱癌联合治疗提供了新的有效策略。

4.2 生物标志物鉴别与验证

BCOs可高效筛选并验证临床疗效相关生物标志物，指导亚型精准治疗。基于多组学对比研究证实，FGFR3突变型膀胱癌对厄达替尼高度敏感，为靶向分层治疗提供直接依据。同时，BCOs模型成功揭示卡介苗灌注耐药机制，明确细胞因子与干扰素信号通路异常是核心诱因，为新型膀胱灌注药物研发提供靶点方向。将BCOs功能药敏数据与液体活检分子特征整合，可构建动态个体化评估体系，实现疗效风险预警与治疗方案动态调整。

4.3 免疫治疗评估

在免疫治疗评价领域，ALI体系构建的免疫完整型BCOs可同步保留肿瘤上皮、基质及免疫组分，弥补传统模型免疫缺失的缺陷，能够重现肿瘤免疫微环境，适用于免疫检查点阻断疗效评估以及CAR-T疗法个体化临床前药效测试。CAR-T细胞与类器官共培养研究进一步证实，该模型可稳定维持原发肿瘤遗传异质性与免疫特征，可靠评估CAR-T体外抗肿瘤作用。但该模型尚无法完全模拟人体动态、复杂的免疫调控网络，临床免疫疗效预测仍存在局限性。

4.4 人工智能（AI）赋能类器官精准预后

AI与BCOs融合是当前转化医学前沿方向。深度学习模型可自动分割、量化类器官表型，规避人工评估偏差；结合药物基因组、光谱成像及蛋白网络数据的机器学习模型，可高效挖掘疗效标志物并精准预测顺铂、吉西他滨治疗应答。目前该体系仍存在标注数据集不足、前瞻性验证欠缺、模型可解释性弱等问题。未来通过标准化培养流程、优化检测体系、深化AI融合并完善行业监管规范，可进一步推动BCOs技术在膀胱癌精准诊疗中的大规模临床转化。

5. BCOs在新药研发领域的独特优势与局限

传统抗肿瘤药物高通量筛选主要采用细胞系初筛结合PDX模型体内验证的技术体系。PDX模型虽能较好还原体内药效，但存在构建复杂、成本较高、部分膀胱癌亚型成模困难等短板，且缺乏完整人体免疫调控体系，药物筛选效率与临床预测准确性受限，亟待技术升级。近年来，BCOs已发展为膀胱癌药物筛选的优势平台，相较PDX模型具备显著技术优势，可快速完成药物疗效与毒性评估，依托免疫共培养体系有效弥补传统模型免疫组分缺失的缺陷。现有高通量筛选研究取得关键成果，成功甄别膀胱癌亚型特异性与泛亚型抗肿瘤药物，明确酪氨酸激酶抑制剂的药效应答规律，其中拉帕替尼对所有BCOs亚型均展现出强效抑瘤作用，为靶向新药研发和个体化治疗提供重要依据。但BCOs仍存在技术局限，无法完全复刻体内微环境、循环代谢及药物渗透特征，体外筛选结果与临床真实疗效存在偏差，仅适用于前期药物预筛，相关候选药物仍需经过动物实验与临床试验验证，才能实现临床转化应用。

6. 临床转化现存五大核心挑战

·  缺乏统一标准化实验体系：肿瘤组织处理、培养条件、质控及数据分析尚无统一标准。各实验室组织解离、培养基配制、传代等操作方案不统一，造成类器官表型与实验结果不一致，阻碍数据共享与结果重复，制约技术推广。亟需开展国际跨学科合作，推进材料、培养基、样本处理流程规范化。

·  患者样本间生物学异质性显著：膀胱癌患者遗传背景、肿瘤分期、病理类型、既往治疗史差异较大，患者来源类器官完整保留个体特征，带来明显样本异质性。虽贴合临床真实情况，但不利于实验结果外推，难以形成统一公认的研究结论。  

·  自动化制备受限，TME重构不完善：类器官个体化特征、复杂三维结构不利于自动化高通量构建；微流控体系可一定程度改善培养标准化水平。传统培养体系难以重建功能性血管、完整基质与动态免疫细胞群，无法充分模拟瘤内细胞互作，限制血管生成、免疫逃逸机制研究。

·  实验成本高、技术门槛严苛：样本处理质控要求高，专用试剂、生物材料与精密设备投入大；整套操作依赖熟练技术人员，难以在普通实验室、基层医疗机构大规模普及。

·  临床转化验证证据不足：相关研究多局限于临床前阶段。虽BCOs具备药物敏感性评估潜力，但缺少大规模前瞻性临床试验支撑，尚无充足证据证实其可可靠预测化疗、靶向、免疫治疗疗效，暂无法直接指导临床用药决策。

7. 未来发展方向与总结

缺乏可规模化、肿瘤特异性的临床前模型，长期制约膀胱癌靶向治疗与精准医学发展。BCOs作为新型三维研究模型，有效弥补传统二维细胞系与PDX模型的技术缺陷，具备极高的临床转化价值。BCOs的成模质量受样本类型与培养体系调控，手术标本更适用于标准化建模，尿液来源类器官虽代表性有限，但可实现无创研究。通过优化共培养体系，可体外重建肿瘤免疫微环境与血管结构，支撑肿瘤进展、转移及耐药机制研究。回顾性研究证实，BCOs具备良好的临床疗效预测能力，人群特异性BCOs样本库可有力推动个体化精准治疗。

目前BCOs临床转化仍存在短板，培养标准不统一、微环境模拟不完善、成本较高及前瞻性临床证据不足等问题亟待解决。未来需建立标准化培养体系、构建免疫血管化类器官芯片、搭建AI高通量筛选平台并开展大样本前瞻性研究。标准化BCOs体系有望打通基础研究与临床诊疗壁垒，为改善膀胱癌患者预后提供全新策略。

文献来源：

Zhong X, Wang G, Zhang H, et al. Bladder cancer organoids in precision medicine: bridging basic science, clinical therapeutics and drug development. Cancer Cell Int. 2026;26:340. doi: 10.1186/s12935-026-04424-x.