研究人员展示了肿瘤细胞的位置和环境如何影响其身份

利用卵巢癌肿瘤的 3D 模型，科学家发现了基于细胞在肿瘤中位置的基因活性差异，证明了癌性肿瘤中细胞的位置和环境如何强烈影响哪些基因是活跃的以及细胞在肿瘤中的作用。癌症的生物学。更具体地说，由美国国立卫生研究院下属国家转化科学促进中心(NCATS)的研究人员共同领导的研究小组表明，肿瘤表面或附近的细胞中的基因活性与接近肿瘤表面的细胞的基因活性不同。肿瘤中心。

该方法将揭示肿瘤内单细胞遗传活性的技术与扩散到肿瘤中的荧光染料结合起来。这项工作可以让研究人员研究相同的疾病如何在人与人之间发生变化并以不同的方式进展。这项研究可以帮助临床医生确定针对肿瘤特定区域的治疗策略，从而为癌症和其他疾病提供更好的治疗方法。该团队于 6 月 21 日在Cell Systems上报告了其结果。

“人们普遍认为细胞的位置和周围环境会影响细胞的身份，”NCATS 的转化科学家 Craig Thomas 博士说。“两个细胞可以在基因上相同，但具有不同的细胞身份，这意味着不同的基因因其位置和环境而被开启。我们的目标是建立一种简单的方法来在多种环境下研究这个概念。”

这种新系统被称为外源灌注分割(SEEP)，它利用一种染料以可定义的速率扩散到整个肿瘤的细胞中。测量进入单个肿瘤细胞的染料量可以提供有关细胞位置的信息，特别是其与外部环境的接触情况。研究人员利用计算方法将这些信息与细胞的基因活动联系起来，从而使科学家能够将细胞的身份与其位置联系起来。

“了解细胞之间的关系以及它们在空间中的位置的影响一直是癌症、神经系统疾病和其他领域的一个基本问题，”剑桥大学的合著者 Tuomas Knowles 博士说。

在这项工作中，研究人员使用了由人类卵巢癌细胞创建的三种 3D 实验室模型——球体、类器官和小鼠模型。球体是在实验室培养皿中生长的 3D 细胞簇，可以模仿器官和组织的某些特征。类器官也在培养皿中生长，是更复杂的 3D 模型，可以更接近地模拟器官和组织的功能和结构。在小鼠模型中，研究人员植入人类卵巢癌细胞以形成肿瘤。

“了解肿瘤中并非每个细胞都会以相同方式接触药物这一点至关重要，”诺尔斯说。“抗癌药物可能会杀死肿瘤表面的细胞，但中间的细胞是不同的，受到的影响也不同。这可能是一些疗法失败的原因。”

SEEP方法显示，靠近肿瘤表面的肿瘤细胞比靠近肿瘤中心的细胞更容易进行细胞分裂。肿瘤表面的细胞也会开启基因来保护它们免受免疫系统反应。毫不奇怪，这些基因反应与肿瘤如何躲避人体的免疫防御有关。

研究人员对卵巢癌肿瘤模型表面或附近的细胞与更远内部的细胞之间的基因活性差异感到惊讶。这些发现可以帮助科学家更好地了解肿瘤的结构。这些信息可能会导致治疗方法的改进。一种可能的癌症治疗方法是针对肿瘤不同区域可能受影响的细胞。

“某些肿瘤细胞类型对某些疗法敏感，”第一作者、哈佛大学医学生 David Morse 博士指出。“了解细胞的位置及其在肿瘤中的可及性水平可以帮助我们决定如何联合使用药物。它可以帮助我们告诉我们需要多长时间服用药物以及何时转向其他疗法。”

NIH 的研究得到了 NCATS 临床前创新部门和国家癌症研究所癌症研究中心的支持。哈佛大学的工作由国家科学基金会 (DMR-1708729) 和哈佛材料研究科学与工程中心 (DMR-2011754) 资助。剑桥大学的这项研究得到了生物技术和生物科学研究理事会、纽曼基金会、威康信托基金会和欧洲研究理事会根据欧盟第七框架计划(FP7/2007-2013)通过欧洲研究理事会拨款 PhysProt 的支持(协议号337969)。此外，NIH 牛津剑桥学者计划和 Certara 生物医学研究奖学金也提供了支持。