誘導3D腫瘤新技術

日期：2010-11-24 14:36:20

近日斯坦福大學醫學院的研究人員第一次成功地在組織培養皿中將人類正常組織轉化為三維腫瘤，并對這些腫瘤細胞分裂以及侵襲周圍組織的過程進行了觀察。研究人員稱新技術將幫助醫生更好地了解人體癌癥作用機制，并為科學家們提供了一條無需實驗動物快速廉價篩選抗癌藥物的新途徑。研究論文發表在《自然-醫學》（Nature Medicine）雜志上。

“過去在動物模型中開展這類研究通常需要耗費幾個月的時間，而現在通過新技術僅需幾天的時間即可完成，”斯坦福大學皮膚病學主任Paul Khavari教授說。

研究人員集中對上皮細胞進行了研究。在人類，上皮細胞癌約占所有癌癥類型的90%。研究伊始研究人員篩除了那些單層培養的癌細胞系，由于這些癌細胞系通常都有累積性遺傳改變，研究人員認為它們不能準確地反映人體的情況。

研究人員從皮膚、子宮頸、食道和咽喉等手術樣本采集了人類正常上皮細胞。為了使這些正常細胞癌變，研究人員利用病毒改變了與生長失控相關的兩條遺傳信號。其中一條信號可推動細胞進入細胞周期，而另一條則可使阻斷異常增殖的內部檢測點失效。在許多的人類腫瘤中都存在著相同的遺傳改變，研究人員發現同時改變這兩條信號途徑可高效轉化正常細胞。

然后研究人員將遺傳修飾的癌前上皮細胞放置到包含其他人類皮膚成分的組織培養皿中培養。細胞在基底膜上形成了一種類似正常的三維皮膚結構。在大約6天后，細胞開始穿過基底膜侵襲到下面的間質。而對照組未處理的細胞仍位于基底膜上。“通過它我們看到了人類自發性腫瘤形成的過程，”論文的資深作者Khavari 說：“細胞從癌前狀態轉化為侵襲性腫瘤通常需要經過數年的時間，通過這種完整的人類組織模型加速了這一過程。”Khavari是斯坦福癌癥中心的成員，同時還是退伍軍人Palo Alto衛生保健系統皮膚病服務人員。

當研究人員檢測新型癌細胞中的基因表達時，他們發現其基因表達模式與人類自發性腫瘤的遺傳模式非常相似。然而當細胞在缺乏基底膜、間質和正常三維組織結構的條件下進行單層培育時，研究人員發現這些細胞的基因表達模式發生了顯著地改變。“這表明在二維培養條件下研究細胞還必須聯系其他的發現才能幫助確定臨床相關性，”Khavari說。

進而研究人員利用新型腫瘤模型對20個新的實驗室抗癌藥物進行了檢測。由于存在給藥困難以及毒性問題這些藥物不能輕易地通過動物進行檢測。研究人員很快篩選出三個有潛力的候選藥物，通過它們終止了轉化上皮細胞對基底膜的侵襲。研究人員說雖然最終這些藥物仍然需要進行動物檢測，然而這種預篩選模型使得他們大大縮小了檢測藥物的范圍。

此外，通過這種三維培養系統研究人員還發現間質細胞在轉化上皮細胞的侵襲中發揮了促進作用，使得細胞不需要廣泛分裂就可以發生侵襲。

“在這之前人們從未直接在人類組織中進行這樣的檢測，”Khavari說：“現在我們能夠構建來自多種不同人類組織的腫瘤，通過這種模型我們獲得了一種新的途徑對人類自發性腫瘤的過程和機制進行檢測。”