清華新聞網(wǎng)4月11日電 隨著醫(yī)學科技的飛速進步，腫瘤治療領域正經(jīng)歷著一場波瀾壯闊的革命性變革。在這場變革中，全球眾多藥企、醫(yī)院和高校課題組紛紛投身于類器官技術的研發(fā)與應用，以期加速腫瘤治療的臨床轉(zhuǎn)化。清華大學藥學院王霞課題組聯(lián)合中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院劉騫主任、汪紅英教授，以及中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊，取得了令人矚目的最新研究成果。
傳統(tǒng)的二維腫瘤細胞系雖然簡便易行，但建立新的細胞系卻是一項耗時且效率極低的任務。更為重要的是，它無法真實再現(xiàn)原發(fā)性腫瘤的多樣性，因此難以滿足個性化精準醫(yī)療的需求。然而，腫瘤類器官技術則能在體外高度還原體內(nèi)腫瘤的原始特征，為藥物研發(fā)、患者治療反應的預測以及個性化醫(yī)療方案的制定提供了廣闊的應用前景。
近期，王霞課題組及其合作團隊成功構建了高效穩(wěn)定的結直腸癌二維腫瘤細胞系與三維氣液界面腫瘤類器官培養(yǎng)體系。這一創(chuàng)新的二維和三維聯(lián)合培養(yǎng)系統(tǒng)（2D&3D模型）不僅精準地再現(xiàn)了原發(fā)性腫瘤的特征，更捕捉到了腫瘤間和腫瘤內(nèi)藥物反應及致瘤性的異質(zhì)性。這一研究成果已在2022年的《先進科學》（Advanced Science）雜志上發(fā)表，引起了學界的廣泛關注。在此基礎上，王霞及其合作團隊進一步突破了技術壁壘，成功建立了結直腸癌原發(fā)腫瘤組織中單個腫瘤細胞來源的腫瘤細胞系，研究人員深入鑒定并表征了原發(fā)腫瘤組織中的轉(zhuǎn)移種子細胞，揭示了轉(zhuǎn)移的起源和機制。
盡管腫瘤治療領域取得了令人振奮的進展，但轉(zhuǎn)移性疾病仍然是導致腫瘤相關死亡的主要原因。目前，研究界對原發(fā)性腫瘤內(nèi)具有轉(zhuǎn)移能力的細胞特性和分子驅(qū)動機制仍知之甚少。因此，識別并確定這些具有轉(zhuǎn)移潛力的亞克隆的特征，成為了該領域亟待解決的重大挑戰(zhàn)。王霞及其合作團隊憑借先進的二維腫瘤細胞系和三維氣液界面腫瘤類器官培養(yǎng)體系，成功地從三例結直腸癌患者的原發(fā)腫瘤組織中構建了多個單個腫瘤細胞來源的腫瘤細胞系。這些細胞系在形態(tài)特征、類器官組織結構、基因突變譜、基因表達譜等方面均展現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性。通過體內(nèi)體外轉(zhuǎn)移實驗，研究人員進一步驗證了具有不同程度轉(zhuǎn)移潛能的腫瘤細胞系，即原發(fā)腫瘤組織中的轉(zhuǎn)移種子。這些轉(zhuǎn)移種子在分化潛能、藥物敏感性、進化軌跡和臨床預后等方面呈現(xiàn)出顯著的腫瘤間和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性，為深入理解腫瘤轉(zhuǎn)移的機制提供了新的視角。
原發(fā)腫瘤中轉(zhuǎn)移種子的細胞和分子學特征
研究團隊還發(fā)現(xiàn)了不同患者的轉(zhuǎn)移種子對轉(zhuǎn)移器官具有選擇性。通過比較分析特異性肝轉(zhuǎn)移和特異性肺轉(zhuǎn)移的細胞系，他們深入探究了轉(zhuǎn)移器官選擇性的機理。研究表明，肺轉(zhuǎn)移腫瘤細胞系與肝轉(zhuǎn)移腫瘤細胞系相比，表達更多的受體和配體基因，與肺部成纖維細胞等多種細胞具有更強的細胞通訊和互作潛能。特別是一些特定配體基因的顯著高表達，能夠激活血管內(nèi)皮細胞的表面受體，從而促進肺轉(zhuǎn)移的發(fā)生。
通過對轉(zhuǎn)移種子分子特征深入剖析，研究團隊不僅揭示了轉(zhuǎn)移種子的特征基因，還鑒定了一組可用于預測和評估原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移風險的標志基因。這一重要發(fā)現(xiàn)為腫瘤精準醫(yī)學的實現(xiàn)奠定了堅實基礎，為癌癥患者的個性化治療提供了新的思路和方法。
該研究全面系統(tǒng)地描繪了結直腸癌原發(fā)腫瘤組織中轉(zhuǎn)移種子的細胞、分子生物學特征，揭示了其轉(zhuǎn)移目的器官特異性的分子機制。同時，還確定了可以用于評估原發(fā)結直腸癌轉(zhuǎn)移風險的策略。研究不僅為腫瘤轉(zhuǎn)移機制的研究開辟了新的領域，也為未來癌癥治療提供了新的策略和方向。腫瘤類器官技術將成為癌癥研究、藥物篩選和個性化治療等領域的得力助手，助力人類戰(zhàn)勝癌癥，邁向更加健康的未來。
相關研究成果以“內(nèi)在分子圖譜賦予結直腸癌轉(zhuǎn)移種子多方面特性”（Distinct molecular profiles drive multifaceted characteristics of colorectal cancer metastatic seeds）為題，于3月19日在線發(fā)表于《實驗醫(yī)學雜志》（Journal of Experimental Medicine）。
清華大學藥學院趙媛媛博士、中國科學院北京生命科學研究院張冰博士以及中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院馬怡茗博士為該論文的共同第一作者，清華大學藥學院王霞副教授、中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院劉騫主任、汪紅英教授以及中國科學院北京生命科學研究院趙方慶研究員為論文共同通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、清華大學智慧醫(yī)療研究院、CAMS醫(yī)學科學創(chuàng)新基金項目資助、清華大學自主科研計劃和清華大學-北京大學生命科學聯(lián)合中心的支持。
論文鏈接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38502057/
供稿：藥學院
題圖設計：劉雨田
編輯：李華山
審核：郭玲
