开发三维肿瘤模型，辅助生成更仿真的3D肿瘤体系

文／陈根

癌症作为一类复杂疾病，是多种疾病的统称，包括肺癌、胃癌、肠道癌、皮肤癌等。这些癌症有一个共同的特性，就是细胞的异常增长。因为这些细胞区别于正常细胞，所以被称为癌细胞。

目前，人们对癌症的病因尚未完全了解。但从分子生物学的角度来说，癌变意味着由一连串 DNA 受损而引发的细胞分裂速率失控。当调控细胞生长的基因发生突变或损坏时，细胞便开始了持续的、不受控制的生长及分裂。

因此，对癌症进行基因组分析便成为了解开癌症之谜、找到治疗方法的关键。与此同时，对不同患者来说，癌症基因组对病情的进展有着不同的影响。

2016 年，Ian F． Tannock 和 John A． Hickman 曾在《新英格兰医学杂志》（NEJM）撰文指出，即使在单个肿瘤中，癌细胞的基因组成在不同区域之间也存在显著差异，这就是困扰科学家们的肿瘤异质性。

肿瘤异质性是指肿瘤在生长过程中，经过多次分裂增殖，其子细胞呈现出分子生物学或基因方面的改变，从而使肿瘤的生长速度、侵袭能力、对药物的敏感性以及预后等各方面产生差异。这也让癌症成为一类个性化的疾病，不同人使用同种药，效果和副作用都不尽相同。

显然，对于癌症治疗来说，只有适合的，才是最好的。而在癌症治疗过程中，仿真的肿瘤模型、体内生长环境和智能的分析方法均在其中发挥着重要作用。

基于此，东南大学生物科学与医学工程学院院长顾忠泽教授团队在 Biomaterials 上发表了文章，对团队研发的三维肿瘤模型以及对三维肿瘤模型的识别技术（SMART）进行了详细介绍。

其中，由内而外、从结构到性质完全复制肿瘤可以为癌症治疗研究提供更接近的参照物，而在这样的模型出现之前，研究人员使用的更多是二维模型。

传统的二维肿瘤模型，具有很高的吞吐量，成本也很低，但它无法真实地呈现肿瘤的结构，也不能模拟肿瘤和血管之间的相互作用。并且在培养过程中，二维模型被置于硬质基底上，均匀暴露在氧气、营养物质、药物和代谢物之中，和人体内环境存在较大差异。

这就导致，在用二维肿瘤模型进行检测时，很低浓度的药物就可以把大量的肿瘤杀死，但在动物体、三维模型上或真实的环境中，肿瘤的耐药性会显著提高。

相比之下，三维模型是在三维结构载体中进行细胞培养，让细胞在更好模拟体内的环境中生长、转移。

以东大医械院开发的三维肿瘤细胞模型为例，他们从病人手术或活检分离出的组织中提取原代细胞，通过自主研发的、生物相容性优异的水凝胶材料构建肿瘤生长的微环境，在体外便捷、有效地培养生成稳定、均一的肿瘤聚集体以及肿瘤类器官。真实地构建肿瘤结构，且能模拟肿瘤和组织、血管之间的相互作用。

东大医械院设计的检测仪可以自动聚焦“观察” 肿瘤，也能对肿瘤入侵程度进行精准检测，“经过 20 万次的训练之后，准确率已经稳定在 95％ 以上”。该仪器系统还能为肿瘤细胞提供相应的培养环境，辅助生成更仿真的 3D 肿瘤体系。