科學也可以如此靠近

肝癌研究發展的重大里程碑竟然是一個「迷你腫瘤」……


2018年6月14日04時 今日科學 Embark有方教育
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與癌症的鬥爭已逾半世紀,近期《Nature Medicine》期刊上的一項研究發現,為肝癌的研究取得重大進展。英國研究團隊在實驗室成功培養出第一個人類原發性肝癌的迷你生物模型,這項也稱為「類器官」(organoid)的模型已應用於測試數種癌症用藥,包括現行癌症治療用藥及研發中癌症新藥,初步結果相當令人振奮。

類器官

類器官屬於三維(3D)細胞培養物,包含其代表器官的一些關鍵特性。此類體外培養系統包括一個自我更新幹細胞群,可分化為多個器官器官特異性的細胞類型,與對應的器官擁有類似的空間組織並能夠重現對應器官的部分功能,從而提供一個高度生理相關係統。3D人類細胞培養物改變了科學家模擬器官發育和功能的方式,但這些類器官本身也非常複雜。並且,就像任何模型一樣,類器官也不完美,它也有局限性。例如,它們是非血管化的,並且缺乏通常構成給定器官的多種細胞類型。科學家正在推進這些3D模型,他們希望改進培養基配方,僅對特定的器官區域建模,或者構建不同的類器官,然後將它們組裝起來。

原發性肝癌(primary liver

cancer,PLC)是全球第二大致命癌症,它癌是最常見的消化系統惡性腫瘤之一,嚴重威脅人民群眾的生命及健康。男性發病率高於女性,全世界每年新發肝癌患者約六十多萬,居惡性腫瘤的第五位,東亞及環太平洋地區是肝癌高發地區,中國新發肝癌人數占全球人數一半以上。中國發病率高的原因在於我國B肝患病人數多,C型肝炎的發病率近年亦有明顯的上升趨勢,肝癌多在B肝、C肝等慢性肝炎後肝硬化的基礎上產生。

為了了解其生物機制及研發出具潛力的治療方式,科學家迫切需要一個可在實驗室操作的模型,且能準確反映病患體內癌細胞的反應;現行使用的細胞培養,除了難以維持,也無法提供人體腫瘤組織的 3D 結構及架構。

一個稱做「類腫瘤」(tumouroid)的迷你腫瘤

研究團隊創造出一個稱做「類腫瘤」(tumouroid)的迷你腫瘤(小於 0.5 公分),用以仿造出 3 種最常見的原發性肝癌(HCC、CC、combined HCC / CC (CHC) tumors),他們利用從 8 名病患身上手術移除的腫瘤細胞來進行複製培養,使用含有特定養分及物質配方的特殊溶液,這種溶液環境能抑制健康細胞的生長以利於培養出純化的癌細胞。位於英國劍橋癌症研究中心(the

Wellcome / Cancer Research UK Gurdon Institute in Cambridge)團隊利用這項類腫瘤模型來測試 29 種不同的癌症用藥,包括了現行用藥及開發中新藥,其中一種蛋白質抑制物成分發現能抑制一種稱為 ERK 蛋白質的活性,能有效作用於 3 種類腫瘤細胞的其中兩種,被視為肝癌研究發展的重大里程碑。

研究團隊接著進行了這項化合物的體內(in vivo)測試,將這兩種類腫瘤細胞移植到小鼠體內,接續使用藥物治療,同樣發現這項新藥能顯著抑制小鼠體內腫瘤細胞的生長,這項藥物相當具有潛力成為原發性肝癌的治療藥物之一。

類腫瘤能同時保留人體腫瘤組織的結構以及基因表現的模式,還包括了來源個體的腫瘤細胞亞型(subtype)以及來自不同組織的腫瘤細胞,即便在實驗室培養皿生長一段時間,這些來源組織的生物特徵仍能有效保留下來,也正因如此,這些類腫瘤的重要性在於能協助發展出個人化的癌症治療。

建立精確的腫瘤生物模型同時也能減少實驗動物的需求數量,動物試驗在許多研究中用以驗證實驗的假設及發現,然而類腫瘤將更能協助科學家探索肝癌研究中最關鍵的問題。

肝癌研究的一大進步

此項研究的主持人之一 Meritxell Huch 博士說,「我們之前曾利用健康肝臟組織成功創造出類器官(organoid),但這次類腫瘤(tumouroid)的創造對肝癌研究又更推進了一大步。」

Wellcome 研究中心細胞暨科學開發部主任 Andrew Chisholm 博士說,「這項研究顯示出類器官培養得以應用在人類癌症模型上的強大力量,看到類器官能複製出不同類型肝腫瘤的生物性實在令人印象深刻,這同時也提供了研究此疾病的新方向。這些模型對下一階段的腫瘤研究來說將相當重要,它們能讓科學家減少實驗動物的使用。」

英國實驗動物 3R 中心( NC3Rs)CEO Vicky Robinson 博士也說,「我們很高興能看到由 GlaxoSmithKline 贊助的年度研究獎金協助推動了 Huch 博士的研究。每年這項獎金都用於肯定推動 3Rs 的優秀研究(Replacement,Refinement & Reduction of Animals in

Research,致力於減少實驗動物犧牲及尋找取代實驗動物方案),Huch 博士及研究團隊持續不斷在這個領域帶來進步,這項關於肝癌類器官的最新研究突破能夠減少早期肝癌研究使用的實驗動物,並能更精準呈現人類腫瘤細胞的生物性。」

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