“只看癌组织生长形态，AI就能预测预后”……UNIST开发模拟肿瘤生长环境技术

Published 29 Apr.2025 09:13(KST)

Updated 31 Jul.2025 13:08(KST)

open/close

UNIST与首尔峨山医院开发可模拟高硬度、低氧环境的3D打印人工肿瘤组织

利用AI分析组织形态…以99%准确率判别特定基因是否表达，刊登于《Advanced Science》

能够在完全模拟体内条件的环境中培养来源于真实癌症患者的癌细胞的三维打印人工肿瘤组织已经被开发出来。

仅凭该人工肿瘤组织的生长照片，就能预测预后的人工智能（AI）技术也同时问世。

UNIST生物医学工程系Park Taeun、Kang Hyeonuk教授团队与首尔峨山医院Myung Seungjae教授团队共同开发出了可再现真实肿瘤组织高硬度、低氧环境的人工肿瘤组织“Eba-PDO”。利用AI分析这一人工肿瘤组织的形态，可以以99%的准确度判断大肠癌预后预测主要标志基因的表达与否。

研究团队成员（自左起）为 UNIST 教授 Park Tae-eun、教授 Kang Hyunuk、首尔峨山医院教授 Myung Seungjae、UNIST 博士 Han Jonghyuk（现隶属埃默里医学院）、UNIST 博士 Jung Hyejin（现隶属 IBS）。UNIST 提供

由于癌细胞增殖速度快，密度升高，因此比正常组织更为坚硬，并在缺氧环境中生长。既往的人工肿瘤组织即便是用从真实患者体内取出的细胞制成，也难以原样再现这种环境，导致癌细胞的生长模式或药物反应被扭曲。

研究团队将从癌症患者体内取出的癌细胞进行三维培养制成癌类器官（organoid），再与生物墨水混合，以珠状排列进行打印，开发出新的人工肿瘤组织。生物墨水由明胶和细胞外基质成分混合而成，被设计成可以原样再现肿瘤生长所处的坚硬且缺氧的环境。

以这种方式生长的人工肿瘤组织，在同一患者样本中能保持一定的形态，但不同患者之间的大小和形状各不相同。

传统癌症类器官与以珠状形式进行三维生物打印的癌症类器官模型之间的差异。

研究团队据此开发出一项人工智能技术，仅凭显微镜照片就能预测CEACAM5基因是否表达。CEACAM5是一种在包括大肠癌在内的多种实体瘤中大量发现的蛋白，被认为会提高转移可能性并增强对抗癌药物的耐药性。

在人工肿瘤组织中，如果该蛋白过度表达，细胞间连接会减弱，使肿瘤组织变得不那么致密，整体结构失衡。人工智能通过学习这些形态变化，从而能够预测基因的表达量。

此外，这一人工肿瘤组织与从真实癌症患者组织中取出的肿瘤组织在基因表达方面的相似度，也从既有约70%的水平提升29个百分点，达到90%；同时还能准确再现患者之间对5-氟尿嘧啶（5-FU）抗癌药物反应性的差异。

本研究由UNIST研究员Jung Hyejin和Han Jonghyeok作为共同第一作者参与。

患者定制化人工癌组织生物打印及其为基础的患者预后预测人工智能。

研究团队表示：“通过在体外再现并分析真实癌细胞的生长，这一方法有望实现更加精细的患者个体化治疗”，并称“今后若将免疫细胞和血管结构一并整合，有计划将其扩展为更加精密的人工肿瘤模型”。

本研究在保健福祉部韩国版ARPA-H项目、产业通商资源部产业技术Alchemist项目、生物与医疗技术开发事业先进生物技术与人才交流支援项目以及教育部Glocal大学项目（蔚山大学）COMPaaS联合研究的支持下完成。研究成果已于3月28日在线发表于国际学术期刊《Advanced Science》。