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抗癌药物的研发关键:模拟癌细胞真实的生存环境

 

撰文丨Anne Trafton

翻译丨董依明

审校丨杨心舟

通常,对抗癌药物的研究都会先在实验器皿中进行,然后才在动物或人身上进行测试。但近些年大家逐渐意识到,实验室内癌细胞的生长环境与自然状态下肿瘤细胞的生长环境并不吻合,这种差异可能会导致实验结果产生误差。

组织液是存在于细胞周围间隙的液体环境。在一项新的研究中,麻省理工的生物学家分析了胰腺癌细胞的组织液,发现其与实验室培养基的成分并不相同,而且也不同于用于营养供给与废物排出的血液成分

“培养基的成分与组织液越相似,我们就能更准确地对抗癌药物进行研究。”Matthew Vander Heiden说道,他是麻省理工学院生物学副教授,也是 Koch 综合癌症研究所的成员。

“很明显,培养癌细胞的微环境很重要,但我认为现在已经转向基因分析技术来开展癌症研究,人们通常会忽略“培养环境”的问题。”Vander Heiden说,他是该研究的主要作者之一。

环境很重要

癌细胞代谢的方式与大多数细胞不同,这种特殊的营养获取策略可以让癌细胞获得生长所需的原料,不断分裂形成更多的癌细胞。近年来,科学家们一直致力于开发干扰癌细胞代谢的药物,并在2017年批准了一种用于治疗白血病的药物。

在培养皿中测试药物对癌细胞生长的干扰能力至关重要。通常,培养基需要碳源(如葡萄糖),氮源,还有一些其他的营养素。然而过去几年,Vander Heiden的实验室发现,药物在培养基与小鼠模型中对癌细胞的作用效果并不相同。

Whitehead 研究所的成员兼麻省理工学院生物学教授David Sabatini也发现,对比药物对两种培养基中癌细胞的影响:类似人体血浆成分的培养基与传统培养基,产生的结果也不同。

“世界各地的类似结果都表明,癌细胞的生长环境对实验结果的确很重要,” Vander Heiden说。“这倒给我们提了个醒,要真正了解癌症细胞依赖怎样的条件生存,我们必须将其培养在准确的环境中。”

为此,研究团队最终决定对组织液的成分展开研究,组织液可以吸收毛细血管扩散到血液中的营养物质,其组成成分并不是与血液完全一样。而在肿瘤细胞之间的组织液成分差异就更大,因为肿瘤中的血液供给不如正常组织。

于是,特别缺乏营养素的胰腺癌成了实验的对象。研究人员将组织液从小鼠胰腺肿瘤中分离,使用质谱法测量了其中100多种营养素的浓度,发现组织液的组成与血液的组成不同(并且通常与培养基的组成也不同)。研究结果显示,肿瘤组织液耗尽的一些营养素是对免疫细胞功能很重要的氨基酸,包括精氨酸,色氨酸和胱氨酸。

但并非所有营养素都在组织间液中耗尽,里面有一些营养素甚至更为丰富,包括一些由癌细胞产生的氨基酸,如甘氨酸和谷氨酸。

癌细胞的位置很重要

将胰腺肿瘤细胞的生长与肺癌细胞进行对比,研究人员发现组织液的成分会因肿瘤在体内的位置而异;而在相同位置生长,但基因组成具有差异的癌细胞,它们的组织液也存在轻微差异;然而实验发现,“基因”并没有“肿瘤位置”具有那么大的影响。“组织间液中营养素的成分,主要是由肿瘤内癌细胞与非癌细胞之间的相互作用决定的。”Vander Heiden说道。

科学家此前发现,癌细胞可以通过募集那些非癌细胞帮助重建肿瘤周围的环境来保证癌细胞的存活和传播,包括支持性基质细胞和免疫细胞。Vander Heiden的实验室和其他研究小组正致力于开发模拟肿瘤组织间液的培养基,力求探索在这种环境中生长的肿瘤细胞,是否可以用于更准确地预测癌症药物如何影响体内细胞。

 

原文链接:

https://medicalxpress.com/news/2019-04-fluid-tumor-cells.html

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