肿瘤扩散模型可以帮助医生确定最佳治疗方法
个性化医疗的进步使医生能够为某些类型的恶性肿瘤选择最有前途的药物。但是，如果在开始治疗之前，他们可以更进一步，使用人体的迷你模型来观察每个患者的实际肿瘤对药物的反应，并了解肿瘤是否以及在哪里可能扩散呢?
这就是威克森林浸信会医学中心再生医学研究所的科学家们的一项新发明背后的想法。在杂志中生物技术与生物工程该团队报告了其“芯片转移”系统，该系统被认为是癌症从一个3D组织扩散到另一个3D组织的首批实验室模型之一。
研究团队正致力于进一步开发该系统，希望有一天它能被用于快速揭示治疗单个患者癌症的最佳方法。
“我们相信芯片转移系统有潜力在癌症研究和药物发现方面取得有意义的进展，”Aleks Skardal博士说，他是该研究的第一作者和助理教授再生医学．
该系统的当前版本模拟了结直肠肿瘤从结肠扩散到肝脏，这是最常见的转移部位。Skardal说，未来的版本可能包括更多的器官，如肺和骨髓，这也是潜在的转移位点。该团队还计划对其他类型的癌症进行建模，比如致命的脑瘤胶质母细胞瘤。
为了创建这个系统，研究人员封装了人类的肠道和结肠直肠癌细胞在一种生物相容性的凝胶状材料中制成一个微型器官。由人类肝细胞组成的迷你肝脏也是用同样的方法制成的。这些类器官被放置在一个“芯片”系统中，该系统由一组微通道和蚀刻在芯片表面的腔室组成，以模拟简化版的人体循环系统。肿瘤细胞被标记上荧光分子，以便在显微镜下观察它们的活性。
为了测试该系统是否可以模拟转移，研究人员首先在结肠类器官中使用了高度侵袭性的癌细胞。在显微镜下，他们看到肿瘤在结肠类器官中生长，直到细胞挣脱，进入循环系统，然后侵入肝组织，在那里形成并生长另一个肿瘤。当在该系统中使用一种侵袭性较低的结肠癌时，肿瘤没有转移，而是继续在结肠中生长。
为了测试该系统在筛选药物方面的潜力，研究小组将一种用于抑制人类患者转移的药物Marimastat引入该系统，并发现它在10天内显著阻止了转移细胞的迁移。同样，该团队还测试了一种常见的结直肠癌药物5-氟尿嘧啶，它可以降低肿瘤细胞的代谢活性。
Skardal说:“我们目前正在探索其他已建立的抗癌药物是否在系统中具有与对患者相同的效果。”“如果这种联系能够得到验证和扩展，我们相信该系统可以作为个性化医疗的工具，用于为患者筛选候选药物。如果我们可以只用实际患者的肿瘤细胞创建相同的模型系统，那么我们相信我们可以利用这个平台为任何患者确定最佳治疗方案。”
该系统还使科学家有机会研究肿瘤存在的微环境或环境。这是癌症研究的一个相对较新的焦点。例如，科学家们了解到，“僵硬”的肿瘤更容易转移，这表明有可能使用药物来改变肿瘤的机械特性肿瘤减少病毒传播的可能性。
该系统有潜力解决当前研究方法的一些缺点。例如，在实验室培养皿中进行的传统二维研究以及在动物身上进行的研究的结果往往不适用于人类患者。通常情况下，看似有前景的候选药物在进行人体研究时可能会失败。
科学家们目前正在努力完善他们的系统。他们计划使用3D打印技术来制造功能与自然器官更相似的类器官。他们的目标是使转移过程更加真实。当癌症在人体内扩散时肿瘤细胞必须穿过血管进入血液蒸汽到达其他器官。科学家们计划在模型中添加内皮细胞屏障，内皮细胞是排列在血管上的细胞。
斯卡达尔说:“我们正努力使它尽可能切合实际。
由于微组织工程和微流体技术的进步，这种在微型水平上建模人体过程的概念成为可能。这类似于电子工业的进步，通过在芯片上小型化电子产品成为可能。
