近日斯坦福大学医学院的研究人员第一次成功地在组织培养皿中将人类正常组织转化为三维肿瘤，并对这些肿瘤细胞分裂以及侵袭周围组织的过程进行了观察。研究人员称新技术将帮助医生更好地了解人体癌症作用机制，并为科学家们提供了一条无需实验动物快速廉价筛选抗癌药物的新途径。研究论文发表在《自然-医学》（Nature Medicine）杂志上。

   “过去在动物模型中开展这类研究通常需要耗费几个月的时间，而现在通过新技术仅需几天的时间即可完成，”斯坦福大学皮肤病学主任Paul Khavari教授说。

    研究人员集中对上皮细胞进行了研究。在人类，上皮细胞癌约占所有癌症类型的90%。研究伊始研究人员筛除了那些单层培养的癌细胞系，由于这些癌细胞系通常都有累积性遗传改变，研究人员认为它们不能准确地反映人体的情况。

    研究人员从皮肤、子宫颈、食道和咽喉等手术样本采集了人类正常上皮细胞。为了使这些正常细胞癌变，研究人员利用病毒改变了与生长失控相关的两条遗传信号。其中一条信号可推动细胞进入细胞周期，而另一条则可使阻断异常增殖的内部检测点失效。在许多的人类肿瘤中都存在着相同的遗传改变，研究人员发现同时改变这两条信号途径可高效转化正常细胞。

    然后研究人员将遗传修饰的癌前上皮细胞放置到包含其他人类皮肤成分的组织培养皿中培养。细胞在基底膜上形成了一种类似正常的三维皮肤结构。在大约6天后，细胞开始穿过基底膜侵袭到下面的间质。而对照组未处理的细胞仍位于基底膜上。“通过它我们看到了人类自发性肿瘤形成的过程，”论文的资深作者Khavari 说：“细胞从癌前状态转化为侵袭性肿瘤通常需要经过数年的时间，通过这种完整的人类组织模型加速了这一过程。”Khavari是斯坦福癌症中心的成员，同时还是退伍军人Palo Alto卫生保健系统皮肤病服务人员。

    当研究人员检测新型癌细胞中的基因表达时，他们发现其基因表达模式与人类自发性肿瘤的遗传模式非常相似。然而当细胞在缺乏基底膜、间质和正常三维组织结构的条件下进行单层培育时，研究人员发现这些细胞的基因表达模式发生了显著地改变。“这表明在二维培养条件下研究细胞还必须联系其他的发现才能帮助确定临床相关性，”Khavari说。

    进而研究人员利用新型肿瘤模型对20个新的实验室抗癌药物进行了检测。由于存在给药困难以及毒性问题这些药物不能轻易地通过动物进行检测。研究人员很快筛选出三个有潜力的候选药物，通过它们终止了转化上皮细胞对基底膜的侵袭。研究人员说虽然最终这些药物仍然需要进行动物检测，然而这种预筛选模型使得他们大大缩小了检测药物的范围。

    此外，通过这种三维培养系统研究人员还发现间质细胞在转化上皮细胞的侵袭中发挥了促进作用，使得细胞不需要广泛分裂就可以发生侵袭。

    “在这之前人们从未直接在人类组织中进行这样的检测，”Khavari说：“现在我们能够构建来自多种不同人类组织的肿瘤，通过这种模型我们获得了一种新的途径对人类自发性肿瘤的过程和机制进行检测。”