文/陳根

癌癥作為一類復雜疾病，是多種疾病的統(tǒng)稱，包括肺癌、胃癌、腸道癌、皮膚癌等。這些癌癥有一個共同的特性，就是細胞的異常增長。因為這些細胞區(qū)別于正常細胞，所以被稱為癌細胞。

目前，人們對癌癥的病因尚未完全了解。但從分子生物學的角度來說，癌變意味著由一連串 DNA 受損而引發(fā)的細胞分裂速率失控。當調(diào)控細胞生長的基因發(fā)生突變或損壞時，細胞便開始了持續(xù)的、不受控制的生長及分裂。

因此，對癌癥進行基因組分析便成為了解開癌癥之謎、找到治療方法的關鍵。與此同時，對不同患者來說，癌癥基因組對病情的進展有著不同的影響。

2016 年，Ian F. Tannock 和 John A. Hickman 曾在《新英格蘭醫(yī)學雜志》（NEJM）撰文指出，即使在單個腫瘤中，癌細胞的基因組成在不同區(qū)域之間也存在顯著差異，這就是困擾科學家們的腫瘤異質(zhì)性。

腫瘤異質(zhì)性是指腫瘤在生長過程中，經(jīng)過多次分裂增殖，其子細胞呈現(xiàn)出分子生物學或基因方面的改變，從而使腫瘤的生長速度、侵襲能力、對藥物的敏感性以及預后等各方面產(chǎn)生差異。這也讓癌癥成為一類個性化的疾病，不同人使用同種藥，效果和副作用都不盡相同。

顯然，對于癌癥治療來說，只有適合的，才是最好的。而在癌癥治療過程中，仿真的腫瘤模型、體內(nèi)生長環(huán)境和智能的分析方法均在其中發(fā)揮著重要作用。

基于此，東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院院長顧忠澤教授團隊在 Biomaterials 上發(fā)表了文章，對團隊研發(fā)的三維腫瘤模型以及對三維腫瘤模型的識別技術（SMART）進行了詳細介紹。

其中，由內(nèi)而外、從結(jié)構到性質(zhì)完全復制腫瘤可以為癌癥治療研究提供更接近的參照物，而在這樣的模型出現(xiàn)之前，研究人員使用的更多是二維模型。

傳統(tǒng)的二維腫瘤模型，具有很高的吞吐量，成本也很低，但它無法真實地呈現(xiàn)腫瘤的結(jié)構，也不能模擬腫瘤和血管之間的相互作用。并且在培養(yǎng)過程中，二維模型被置于硬質(zhì)基底上，均勻暴露在氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、藥物和代謝物之中，和人體內(nèi)環(huán)境存在較大差異。

這就導致，在用二維腫瘤模型進行檢測時，很低濃度的藥物就可以把大量的腫瘤殺死，但在動物體、三維模型上或真實的環(huán)境中，腫瘤的耐藥性會顯著提高。

相比之下，三維模型是在三維結(jié)構載體中進行細胞培養(yǎng)，讓細胞在更好模擬體內(nèi)的環(huán)境中生長、轉(zhuǎn)移。

以東大醫(yī)械院開發(fā)的三維腫瘤細胞模型為例，他們從病人手術或活檢分離出的組織中提取原代細胞，通過自主研發(fā)的、生物相容性優(yōu)異的水凝膠材料構建腫瘤生長的微環(huán)境，在體外便捷、有效地培養(yǎng)生成穩(wěn)定、均一的腫瘤聚集體以及腫瘤類器官。真實地構建腫瘤結(jié)構，且能模擬腫瘤和組織、血管之間的相互作用。

東大醫(yī)械院設計的檢測儀可以自動聚焦“觀察” 腫瘤，也能對腫瘤入侵程度進行精準檢測，“經(jīng)過 20 萬次的訓練之后，準確率已經(jīng)穩(wěn)定在 95% 以上”。該儀器系統(tǒng)還能為腫瘤細胞提供相應的培養(yǎng)環(huán)境，輔助生成更仿真的 3D 腫瘤體系。