新型 3D 模型有望揭开癌细胞的真面目

以前,传统的癌细胞研究只能在皮氏培养皿和显微镜载玻片中进行。而现在,研究人员开发了一个新的三维模型,这个模型可模拟更为接近于人体的环境,从而分析癌细胞的复杂性。

近日,美国卡内基梅隆大学机械工程教授菲利普·勒迪克和博士生詹姆斯·李万及美国匹兹堡大学乳腺癌研究员卡罗拉·诺伊曼博士合作,开发了一个面向患者的模型。科学家可以使用这个模型更好地理解并最终终止癌细胞的迁移。该研究组的研究论文已发表在《科学报告》上。

不同于传统在塑料培养皿中进行的癌细胞分析,研究小组建立了一个能更精确地反映生物体生理条件的三维模型。借助这个模型,科学家们可以在与人体更加相似的环境中发现并分析癌细胞的复杂性。

“过去我们用塑料培养细胞,用皮氏培养皿研究。”诺伊曼说。“但是,人体内是没有任何塑料的。拥有一个模仿生理条件的三维系统,能获得更快、更相关的结果。”

该团队构建的微流体装置包含两个关键组件:模拟传统血管的平行通道和嵌入胶原中的癌细胞浓度集合。一旦装置设立成功,通道就会被注入能扩散到周围胶原蛋白的化学刺激剂。随着兴奋剂分子远离通道,产生生物分子梯度。这种梯度能促使嵌入的癌细胞移动,而这种移动往往是向着模拟血管通道的。

癌细胞的转移具有从原发肿瘤转移到血液或淋巴系统的能力——这一过程需要癌细胞迁移并重塑肿瘤组织以侵入身体的其他部位。所以,为了阻止其转移,科学家需要了解哪些因素能够支持癌细胞的移动和组织重塑。这也就解释了为何勒迪克、诺伊曼和李万开发的这个三维系统如此重要。

“癌症是一种极其异质性的疾病。这就意味着不仅每个患者的癌细胞各不相同,甚至在一个肿瘤内,癌细胞也有所不同。”诺伊曼说,“转移也是如此。根据它们在身体中的位置,每个继发性肿瘤也不相同。”

勒迪克、诺伊曼和李万相信,研究人员最终会使用他们的系统来检查每个患者的肿瘤以确定每位患者的最佳治疗方法。这个过程最终将有助于使癌症治疗更加个性化和有效。

“我们的模型可以作为某个特定患者的模型。”李万说。他组织完成了实验室实验并分析了研究结果。“这非常重要,正是由于每个病人的癌症各不相同,才使得它很难治愈。”理想的话,这个由勒迪克、诺伊曼和李万开发的三维系统将为研究人员和科学家提供所需工具,以阻止患者癌细胞的转移。

“如果自始至终肿瘤只能呆在原位,什么都不能做,这样对病人来说还好。”勒迪克说,“但是一旦它发生转移,一切就会失控。我们希望我们的系统能对终止癌细胞转移有所帮助,并且从长远来看,希望它能改善病人的治疗效果。

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