探索临床前癌症模型

肿瘤由薄壁组织中恶性和正常细胞的异质混合物组成，其开窗具异常结构的基质。所有类型的癌症所表现出的患者间甚至肿瘤间或肿瘤内的变异性，使药物的设计和测试成为具有挑战性的前景。

预测癌症疗法的功效和毒性是建立新药和设计治疗方案的关键，因此研究人员开发了多种癌症模型，可以在体外和体内水平分析各个方面。

体外癌症模型
致癌基因是一些基因，如果被允许失去控制，有可能导致癌症，通常是因为它们控制细胞的功能，例如生长或有丝分裂。肿瘤抑制基因具有相反的功能，参与诸如诱导受控细胞凋亡的任务。这些类型的一种或两种基因的突变会导致不受控制的细胞生长，癌症。

癌细胞基因组的不稳定性质会通过增加增殖，减少转录检查和混乱的表观基因组迅速产生具有其他突变的后代。自然选择在各种各样的癌细胞中发挥着作用，那些在繁殖和适应当地微环境方面最成功的人在该地区的人口越来越多。

研究人员开发临床前癌症模型的主要目的是在维持这种环境的同时测试药物对具有代表性的异类细胞群的功效。

体外癌细胞培养由于其可靠性，低成本和易安装性，在药物测试中通常已使用了数十年。在将已知数量的细胞放入2D孔中并添加已知数量的药物之前，允许这些细胞培养物增殖至汇合。

在设定的时间段后，存活细胞的剩余百分比是药物细胞毒性的直接证据，从而使研究人员能够确定哪种药物最有效和最有效。将其他分析技术与此2D细胞培养方法结合使用，可以帮助确定药物进入细胞，随后相互作用以及引起所观察到的效果的方式。但是，二维细胞培养不能捕获体内观察到的真实环境，因此不能用于可靠地推断出有关组织在三维环境中如何对药物产生反应的大量信息。

3D培养尝试维持体内发现的细胞间接触，同时也复制肿瘤微环境的其他方面（例如基质），有时被称为类器官。这些培养物通常是通过对患者进行活检并在富集的培养基中生长组织而制成的，这些培养基在三个方向上生长并在脚手架的帮助下复制原始的组织结构。

现代微流控技术允许介质围绕类器官流动并通过类器官流动，以紧密复制动态的体内环境。类器官可能需要花费数月的准备时间，并且难以大量培养，因此，维持肿瘤三维结构的另一种方法是收集器官型肿瘤切片。

器官切片的肿瘤切片是由活检样品产生的，该切片被切成约200 µm的切片。然后将切片单独或成组培养，将天然肿瘤环境维持数周，在此期间可以进行测试。通过这种方法可以维持细胞异质性，以及由于快速增殖的癌细胞产生的偏倚而使类器官无法复制的肿瘤微环境和细胞外基质的其他方面。

Sivakumar等人对这两种方法的比较。（2019）指出，两者对大多数应用药物都表现出相似的反应，一个显着的例外是肿瘤切片显示出对血管内皮生长因子受体抑制剂药物万德他尼的更高敏感性。该药物通过限制血管生成来发挥作用，解释了针对类器官模型的作用减弱，因为该药物仅靶向肿瘤切片中发现的内皮细胞。

体内癌症模型
尽管体外测试可以对药物进行高通量筛选，但生物系统的全部复杂性仍然难以复制。现代高端体内测试可以从患者身上进行活检，然后将其皮下植入活体动物上。使用活检材料可以维持原始肿瘤的结构和基因表达，从而使研究人员可以检查药物对肿瘤和活体宿主的作用。
生物标志物
关键生物标志物的识别和跟踪是临床前建模的强大工具。根据特定的癌症类型，考虑到导致不受控制的生长和肿瘤位置的突变，细胞可能会产生或过度表达多种分子。生物标志物可以是基因，蛋白质或小分子的形式，并且每种标志物都可以提供有助于诊断和预后癌症的信息。

使用诸如荧光显微镜之类的技术在体外或体内实验过程中跟踪这些生物标志物，可提供有关细胞动力学和作用机制的信息。相对于简单地读取细胞活力或肿瘤块（分别在体外或体内测试的情况下），这是有利的，因为可以识别影响作用机理的因素。

人们一直在寻找和发现可用于量化细胞功能和对药物反应各个方面的生物标志物，这些生物标志物在预测功效和安全性方面具有不可估量的价值。

资料来源
Liu，J.，Dang，H.＆Wang，XW（2018）肝癌中肿瘤间和肿瘤内异质性的意义。实验与分子医学，50. https://www.nature.com/articles/emm2017165
Dhandapani，M.和Goldman，A.（2017）用于药物开发的临床前癌症模型和生物标志物：新技术和新兴工具。分子生物标志物和诊断杂志，8（5）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5743226/
Li，X.，Valadez，AV，Zuo，P.＆Nie，Z.（2014）微流体3D细胞培养：基于组织的生物测定的潜在应用。生物分析，4（12）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3909686/
Sivakumar，R。等。（2019）器官型肿瘤切片培养提供了免疫肿瘤学和药物发现的多功能平台。肿瘤免疫学，8（12）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6844320/