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斑斓的肿瘤3D模型

它们看起来似乎就像是一团现代艺术作品,但实际上他们是有着开创性意义的肿瘤3D计算机模型,其展示了肿瘤的生长过程。它们不可思议地表现了那些致命肿瘤生长、分裂和分化的过程。而科学家们则表示,这些模型有助于他们了解这些不断增长的肿瘤是怎样对化疗药物产生抗药性的。

这次的研究由哈佛大学、爱丁堡大学和约翰霍普金斯大学合作完成,研究人员包括了哈佛大学的数学及生物学教授、进化动力学项目住人Martin Nowak。到目前为止,研究人员们已经制造出了第一个实体肿瘤模型,该模型反映了肿瘤的三维形状以及其进化过程。


Nowak说:“以前,其他人和我们一样,都是用非空间模型来研究肿瘤的进化,但是那些模型并不能够描述实体肿瘤的空间特征。而现在,我们最新的计算机模型却第一次做到了这一点,不仅如此,我们还能观察到肿瘤细胞的扩散能力及其扩散过程。细胞的扩散使这些肿瘤生长地更为迅速并且能使癌细胞能够共享一些突变——这也是癌细胞耐药性快速增长的原因。


除此之外,癌细胞的扩散也是杀死病人的一个主要原因。”这种全新的肿瘤模型解释了为什么癌细胞有着数量惊人的突变共同点,以及癌细胞的耐药性为什么发展得如此之快。有关该研究的论文已经发表在了8月26号的《自然(Nature)》杂志上了。


Nowak和他的同事们——包括了该研究的第一作者,来自爱丁堡大学的Bartek Waclaw、哈弗大学的Ivana Bozic和约翰霍普金斯大学的Bert Vogelstein着手对过去的肿瘤模型进行改进,因为那些过时的模型无法回答肿瘤的基因进化和空间架构等关键问题。在这种全新的模型中,有着相同颜色的肿瘤部分意味着该处的细胞有着类似的突变,而随着肿瘤的发展,这些有着类似突变的细胞仍然会聚集在一起。


一位癌症病人的体内就存在着数十亿的癌症细胞,但药物只能对其中的一小部分——约为1%——有着针对性的治疗。治疗开始时,一些不具有耐药性的肿瘤细胞马上就会被消灭,但是接下来,那些具有耐药性的肿瘤细胞又会将肿瘤的空缺填满。Nowak说:“过去的大多数肿瘤计算机模型只是计算了有着特定突变的肿瘤细胞的个数,而非它们的空间安排。然而,理解肿瘤细胞的空间结构与安排是非常重要的,因为它们在肿瘤的增长与演化过程中扮演着十分重要的角色。”

在这个立体肿瘤模型中,细胞只会被分裂到空间足够的地方,这就造成了肿瘤只会缓慢增长的结果——除非它们开始扩散到身体的其他部位。Nowak说:“当细胞们开始迁移扩散时,它们便找到了新的空间,在那里它们可以继续分裂、增长。”这样造成的结果不仅只是使肿瘤增长得更为快速,其也能解释为什么癌细胞能够分享它们基因的极高数量的突变形式以及迅速增强的耐药性。“当它们分裂时,所有的细胞——不管是健康细胞还是癌变细胞——都会有一定的突变,并且将突变累加下去,不过大多数的突变对细胞影响很小。然而在肿瘤细胞中,约有5%的突变会对细胞产生很大影响,这些突变会使肿瘤细胞分裂得更快,活得更久,同样,耐药性也会在这些突变中产生。”


靶向的药物会将不具耐药性的细胞几乎全部消灭,而留下了一些具有耐药性的细胞,当那些细胞开始迅速分裂时,癌症也就复发了。

Bartek Waclaw说:“我们最新的模型并没有提供一种能将癌症迅速治愈的奇迹般的方法,然而我们的模型肯定能够帮助人们找出治疗癌症的更好方法。”

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