誘導(dǎo)3D腫瘤新技術(shù)
日期:2010-11-24 14:36:20
近日斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員第一次成功地在組織培養(yǎng)皿中將人類正常組織轉(zhuǎn)化為三維腫瘤,并對這些腫瘤細(xì)胞分裂以及侵襲周圍組織的過程進(jìn)行了觀察。研究人員稱新技術(shù)將幫助醫(yī)生更好地了解人體癌癥作用機(jī)制,并為科學(xué)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(fā)表在《自然-醫(yī)學(xué)》(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(xiàn)在通過新技術(shù)僅需幾天的時間即可完成,”斯坦福大學(xué)皮膚病學(xué)主任Paul Khavari教授說。
研究人員集中對上皮細(xì)胞進(jìn)行了研究。在人類,上皮細(xì)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(yǎng)的癌細(xì)胞系,由于這些癌細(xì)胞系通常都有累積性遺傳改變,研究人員認(rèn)為它們不能準(zhǔn)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(shù)樣本采集了人類正常上皮細(xì)胞。為了使這些正常細(xì)胞癌變,研究人員利用病毒改變了與生長失控相關(guān)的兩條遺傳信號。其中一條信號可推動細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期,而另一條則可使阻斷異常增殖的內(nèi)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(fā)現(xiàn)同時改變這兩條信號途徑可高效轉(zhuǎn)化正常細(xì)胞。
然后研究人員將遺傳修飾的癌前上皮細(xì)胞放置到包含其他人類皮膚成分的組織培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。細(xì)胞在基底膜上形成了一種類似正常的三維皮膚結(jié)構(gòu)。在大約6天后,細(xì)胞開始穿過基底膜侵襲到下面的間質(zhì)。而對照組未處理的細(xì)胞仍位于基底膜上。“通過它我們看到了人類自發(fā)性腫瘤形成的過程,”論文的資深作者Khavari 說:“細(xì)胞從癌前狀態(tài)轉(zhuǎn)化為侵襲性腫瘤通常需要經(jīng)過數(shù)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(wèi)生保健系統(tǒng)皮膚病服務(wù)人員。
當(dāng)研究人員檢測新型癌細(xì)胞中的基因表達(dá)時,他們發(fā)現(xiàn)其基因表達(dá)模式與人類自發(fā)性腫瘤的遺傳模式非常相似。然而當(dāng)細(xì)胞在缺乏基底膜、間質(zhì)和正常三維組織結(jié)構(gòu)的條件下進(jìn)行單層培育時,研究人員發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞的基因表達(dá)模式發(fā)生了顯著地改變。“這表明在二維培養(yǎng)條件下研究細(xì)胞還必須聯(lián)系其他的發(fā)現(xiàn)才能幫助確定臨床相關(guān)性,”Khavari說。
進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)化上皮細(xì)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(jìn)行動物檢測,然而這種預(yù)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(yǎng)系統(tǒng)研究人員還發(fā)現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞在轉(zhuǎn)化上皮細(xì)胞的侵襲中發(fā)揮了促進(jìn)作用,使得細(xì)胞不需要廣泛分裂就可以發(fā)生侵襲。
“在這之前人們從未直接在人類組織中進(jìn)行這樣的檢測,”Khavari說:“現(xiàn)在我們能夠構(gòu)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(fā)性腫瘤的過程和機(jī)制進(jìn)行檢測。”
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