囊性纤维化
提到类器官相关的疾病，不得不提的就是囊性纤维化（CF，Cystic Fibrosis），囊性纤维化是最早使用类器官进行研究的疾病，也是最早将类器官纳入临床研究的疾病。囊性纤维化是遗传疾病，目前仍未有治疗的方法，主要是影响肺部和消化系统，在白人中发病率较高。囊性纤维化的病人的CFTR基因携带突变，而CFTR介导膜转运，与汗液、消化液和粘液的产生有关。临床上对囊性纤维化病人的常规检测包括汗液检测和基因检测两种。 他们对所有的病人取样建立体外类器官培养体系，使用Foskolin Swelling Assay检测类器官对该用药方案的应答，如下图所示，另外，类器官体外检测可非常准确的预测该病人临床应答，其中阳性预测值PPV高达100%，阴性预测值NPV高达80%，证实类器官的实验结果与临床指标*具有统计学相关性，CF病人来源的直肠类器官可用于预测该病人个体对药物的应答（如下图所示）。 癌症用药 研究证实，直肠类器官与对应来源的组织的病理学染色结果和基因改变高度一致，下图为其中三例病人的组织和类器官的H&E染色结果，以及类器官与对应组织的基因组分析结果（部分）。 Both adapted from: Patient-Derived Organoids Predict Chemoradiation Responses of Locally Advanced Rectal Cancer Adapted from: Patient-Derived Organoids Predict Chemoradiation Responses of Locally Advanced Rectal Cancer 类似这些将类器官引入临床实验，并将体外数据与临床数据进行分析、对照的研究还有很多，包括非小细胞肺癌、乳腺癌、胰腺癌等等，已发表的相关文章包括但不限于下述文章： A living biobank of breast cancer organoid capture disease heterogeneity, Cell, 2018 Patient-derived organoid model treatment response of metastatic gastronintestinal cancers, Science, 2018 Organoid Profiling indentifies common responders to chemotherapy in pancreatic cancer, Cancer Discov, 2018 Pancreatic cancer organoid recapitulate disease and allow personalized drug screen, PNAS, 2019 Patient-derived organoids predict chemoradiation responses of locally advanced rectal cancer, Cell Stem Cell, 2020
正常人来源的类器官，Foskolin体外作用0.5-1h后具有明显的膨胀应答现象，而CFTR病人来源的类器官由于CFTR突变，液体转运功能受损，膨胀应答消失，因此使用Foskolin Swelling Assay（毛喉素膨胀实验）可在体外对该病人CFTR的功能进行检测。另外，也可在体外使用药物作用于这些类器官，检测该病人对何种药物/治疗方法敏感，Johanna F Dekkers等人2012年在Nature Medicine上发表的A functional CFTR assay using primary cystic fibrosis intestinal organoids中建立了此方法，并使用VRT-325、VX-809、VX-770等化合物进行了验证。
如上图所示，首个使用类器官介入囊性纤维化个体化治疗的研究于2019年发表于Cell Reports，该篇文章中的corhort包括24例病人：15例男性，9例女性，其中15例病人携带S125IN这个突变，由于临床上依法卡托已被证实对此种突变引起的CF有效，对此15例病人使用ivacaftor（依法卡托）用药；而剩余9例病人由于携带罕见CF突变，临床对何种药物敏感未知，这9例病人的用药方案基于该病人样本来源的直肠类器官体外对药物的敏感程度选择使用ivacaftor（依法卡托）或者鲁玛卡托-依伐卡托（Lumacaftor-Ivacaftor）（如下图所示）。
Adapted from: Rectal Organoids Enable Personalized Treatment of Cystic Fibrosis
这篇文章来自于复旦大学华国强课题组，今年1月份发表于Cell Stem Cell上，文中使用直肠类器官预测对局部进展期直肠癌（LARC）患者放化疗的临床应答。LARC目前标准的治疗方案是术前新辅助放化疗（NACR）后行全直肠系膜切除（TME），病人对NACR的应答会作为医生评估下一步诊断的依据，通常会使用MRI或者fMRI去进行治疗效果的评估，准确率大概仅在30-60%左右。如下图所示，这篇文章对这些病人的直肠活检样本进行类器官构建，对组织样本和类器官培养体系进行基因组分析、病理学染色，对类器官进行临床一样的治疗方案，包括放疗，以及化疗使用的药物5-fluorouracil（5-氟尿嘧啶）和Irinotecan（伊立替康）。
Adapted from: Patient-Derived Organoids Predict Chemoradiation Responses of Locally Advanced Rectal Cancer
另外，研究证实，当该患者来源的类器官对三种疗法其中一种敏感时，该患者临床应答效果良好，临床放化疗的结果与RCO的体外应答高度一致，准确度高达84.43%，敏感度为78.01%，特异性为91.97%（如下图所示）。进一步证实了将类器官引入临床试验指导用药或是进行临床前药物预筛选的意义和可能性。 
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