开发新抗癌药物的消耗远远高 于几乎所有其他医疗领域，然而，晚期癌症病人的存活率却一直很低。目前，经美国食品药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准的抗癌药物中，只有7%的药物在临床前研究证明有抗癌活性并且可以推进到3期临床试验。与此同时，药物研发成 本节节攀升，每个获批药物的前期投入超过26亿美金。导致癌症治疗失败的原因错综复杂，其中一个非常重要的原因是目前所依赖的基于细胞模型的研究不能真实 地代表临床恶性肿瘤的情况。相对于培养基中营养良好的癌细胞，实体中缺氧或酸性微环境下的肿瘤细胞能够干扰药物的功效。而且，临床研究中肿瘤暴露于药物的 时间和范围也与基于均质和静态细胞系统的暴露试验有很大不同。尽管目前的三维培养可以克服体外二维培养技术的部分限制，但三维培养仍只是简单模仿真实肿瘤 的微环境。这样一来，对潜在新药的评价通常是有缺陷的，在标准的组织培养条件下看上去很有希望杀死癌细胞的化合物，很少能成功转化为治疗癌症的有效药物。

为了能在早期对抗癌药物的体 内活性进行预测分析，并最终用于癌症患者，Klinghoffer等人开发了一个名叫CIVO的平台。CIVO包含一套仪器设备，该设备可以引导多个药物 同时进入活体生长的肿瘤。设备上配备自动分析软件包，可以定量分析肿瘤对药物产生应答的多个组织学生物标记物。设备末端的一排针能够直接将微升体积的不同 候选药物同时递送到肿瘤的指定区域，而不引起全身毒副反应。通过将低剂量药物定向引入肿瘤区域可以清晰地观察到肿瘤的反应，识别出药物作用机制及潜在作用 通路，以此预测系统治疗时引起的肿瘤应答情况。

CIVO技术基本上能够满足 中等规模的药物活性筛选需要，每个肿瘤同时评价多达8个药物，与传统的一个药物对应一个动物的方法比较，大大提高了效率。他们还测试了CIVO在人类移植 瘤小鼠模型的应用，包括一个对化疗耐药的淋巴瘤模型。本文还描述了CIVO技术针对4位患者的首例人类试验，代表该技术面向未来迈出了重要的一步，可以针 对具体的癌症患者对药物进行对照和优选确认，真正实现临床个性化治疗。

CIVO平台的组成

CIVO平台包含一套能定量将微克级被试药物同时递送到活体肿瘤指定位置的仪器，该仪器具备自动定量影像分析功能(见图1)。无化学活性的示踪染料(ITD)与药物一起被注射，用来标示注射位置(图1 A、B、C)。注射是这样实现的——将针插入肿瘤然后定量将微升级药物递送到指定位置。这种设计在肿瘤的z轴留出一条整齐的药物柱状痕迹(图1 D)，允许研究者深层取样以评价肿瘤对药物响应的一致性。此外，考虑到实体瘤的瘤内异质性，药物柱又为考察不同肿瘤微环境如何影响药物功效提供了途径。

在预定的时间点（24到72小时）将肿瘤切除并评价其对药物的响应状况。将其切成4 μm 厚的组织切片，这些组织切片沿注射柱间隔2 mm(图1 E)。使用高分辨率整体切片扫描技术对每个组织切片的每个细胞扫描(图1 F), 采用CIVO技术平台对图像进行定量分析，技术平台包括自动注射位点探测，定向组织生物学标定，诱导肿瘤响应的细胞分割分析(图1 G、H)。

瘤内多药分析成为可能

CIVO技术平台首先应用在了人类移植瘤动物模型。药物采用放射标记，包含多种物理化学性质，比如分子量、分子亲脂性和蛋白结合能力等。评价了三个不同的异种移植瘤模型——Ramos 淋巴瘤、H2122 非小细胞肺癌 (non–small cell lung cancer，NSCLC)和H292 NSCLC，在3个不同的时间点(15 分钟、4小时和24 小时)取样。

CIVO显微镜下注射后的进一步药物分布表征采用抗有丝分裂药物长春新碱来完成。长春新碱在Ramos淋巴瘤内的分布状况通过3H同位素标记直接跟踪。分别在注射后2小时、8小时、24小时、48小时和72小时切除肿瘤，将冷冻切片进行放射自显影。放射自显影图显示了药物以注射原点为中心的逐级分布区域，最大径向长度约1500 μm (图2 A)。在注射中心周围400 μm内，可以观察到含有药物的点(图2 A)。在500 μm到1500 μm的区域，随着时间的延长，药物活性相当稳定，表明至少在注射后72小时内药物扩散和代谢浓度分布曲线是稳定的。这些数据显示没有受试药物分布超过距注射中心2 mm以外的区域。

相同量的非标记长春新碱平行显微注射Ramos淋巴瘤诱发的肿瘤响应生物标记物与标记药物的分布形式通过实验进行了比较。所有长春新碱的注射引发的肿瘤响应都在一定的空间区域内，发源于给药位置——中心是已经凋亡裂解的CC3阳性细胞，最边缘是有丝分裂已停滞的磷酸组蛋白H3(phospho–histone H3，pHH3)阳性细胞(图2 B)。这些研究结果都与已知的长春新碱作用机制一致。对比研究发现，在针插入的组织区域(≤200μm) ，空白注射位置pHH3- 和CC3-呈阴性，组织损伤中度。在弥漫性大B细胞淋巴瘤异种移植模型进行的长春新碱显微注射观察到了同样的生物标记物分布格局(图2 A)。

药物的浓度梯度是由距给药部 位的远近决定的，这种分布允许将每一个注射部位看成是一个药物浓度范围。研究数据表明，随着注射位点药物（长春新碱）浓度的增加，肿瘤响应程度也会相应提 高，描绘与辐射距离相关的曲线时可以观察到CC3+细胞呈剂量依赖性的增加 (图2 C)。局部pHH3+细胞也可以观察到剂量依赖性增加的现象。

分别用马磷酰胺（环磷酰胺的 活性形式）、阿霉素和泼尼松龙（泼尼松的活性形式）进行了重复实验，因为环磷酰胺、阿霉素、长春新碱和泼尼松都是一线淋巴瘤治疗药物。所有位点同时注射示 踪染料，阿霉素除外，因为阿霉素产生的荧光会干扰示踪染料的检测。与长春新碱引起的肿瘤响应相似，CIVO显微镜下注射马磷酰胺或阿霉素都导致剂量依赖性 和空间区域局限性 (图3 A)。

CIVO平台安全有效

作为CIVO技术应用于人体 可行性研究的第一步，研究者在淋巴瘤患者身上进行了试验。这次试验的首要目标是评估医生和患者在整个过程中的体验，从而建立CIVO技术平台的临床操作草 案，找出这项技术可以改进的方面。关于患者和医生体验的早期数据令人乐观， 没有不良事件发生。患者在第1阶段发生过短暂的轻微疱疹和肿胀现象，但没有进行任何干预措施就自动消失了。外部复核委员会对中期实验结果做了评估，没有提 出任何异议。采用0到10分制的疼痛量表进行考察，0表示没有疼痛，10表示最严重的疼痛，3例患者报告0.5分，一例患者报告3分（中度不舒服）。患者 随访给出了很好的患者满意度，只有一人提出了改善实验的意见。研究者根据前期试验反馈的意见对样机进行了重新改造。

CIVO平台可以在确保安全和符合伦理要求的前提下，高效（多个药物同时）地直接对人体肿瘤进行研究。CIVO技术平台可以绕开与系统药物剂量相关的生物利用度、药物分布、代谢和排泄等问题，专注于药物是否对靶点有效、癌细胞如何响应、肿瘤微环境对暴露细胞的潜在影响等。

判断CIVO诱导的短期 （24到72小时）局部响应可以预测同一类药物系统给药时肿瘤的响应情况。淋巴瘤就是一种CIVO适用的简单模型，在这一模型的研究中，研究人员意外地发 现了马磷酰胺对Ramos淋巴瘤的敏感性，随后系统环磷酰胺给药试验确认了这一点，而传统的标准体外细胞株试验并没有发现这种敏感性，进一步说明了药物体 内试验的重要性。

针对97个化合物的CIVO体内筛选发现了CC-115——一 个抗Ramos淋巴瘤的新化合物。在动物体内试验研究中CC-115的确能够缩小具有耐药性肿瘤的体积，而体外细胞实验则没有检测到CC-115的敏感 性。这与既往研究结果一致，既往研究表明：体外实验预测肿瘤耐药性比预测敏感性精确度要高。本文列出的数据与文献数据都表明了体外抗肿瘤药物评估的局限 性，同时，本文提供了更多的数据证明在组织培养中生长的单层癌细胞与完整肿瘤环境中成长的细胞有差异。而CIVO可以鉴别出有效的抗肿瘤药物，即使这些肿 瘤已经对大部分治疗产生了耐药性。

研究者采用CIVO技术平台 将4例患者作为研究对象，进行了初步的临床可行性试验研究。受试者除表现出了短暂的红疹，没有任何其他不良反应。在此基础上，研究人员进一步改进CIVO 设备，并以犬为研究对象进行测试。尽管这些结果都是初步的，但可以支持CIVO技术平台能够用于早期的药物发现和临床治疗决策。

未来面临的挑战

在 将CIVO技术推广到患者之前，还有几个挑战需要解决。CIVO技术平台目前可用来评估药物在淋巴瘤、黑色素瘤、软组织肉瘤和乳腺癌方面的反应，每年美国 有50万、全球有400万这类肿瘤患者。有必要重新设计仪器以适应不能经皮肤给药的肿瘤。目前CIVO技术的另一个局限性是必须切除肿瘤才能用于组织学研 究，这限制了每个肿瘤单个时间点的响应评估。将来，无损成像和基于分子或纳米技术的研究可以提供更多的选择。此外，需要设计临床试验证明经CIVO给药诱导的响应（或非响应）与患者个体治疗结果的相关性。CIVO技术的下一个目标是明确这项技术的潜在价值。

最后，决定一个抗肿瘤药物是否能够商业化取决于其对患者是否有效。CIVO技术可以直接在患者体内测试药物，试验过程保持了完整的肿瘤微环境和免疫系统，避免了传统全身暴露带来的毒性。利用这一平台，药物开发者可以将资源集中到证明对真实的人类患者更有效的候选药物。

我们期待着采用CIVO技术平台为基因组学和实证研究搭建桥梁，克服肿瘤异质性、微环境影响和耐药性等带来的影响，从而找到更精准的治疗方案。

（作者：董环文、梁星)

参考文献：Science Translational Medicine 2015;7:284ra58