科学家发现癌细胞带有干细胞特性,治愈癌症或许指日可待!

科学家发现培养盘上的癌细胞竟然在分裂前一个小时移动了自身长度约30倍距离,但这样快速移动的特性通常只会在胎儿脑部发育时特定胚胎干细胞上出现。 而被发现具有这种特性的细胞是来自一种因为散布快速而特别难治疗的脑瘤──胶质母细胞瘤(glioblastoma)。

科学家发现癌细胞带有干细胞特性,治愈癌症或许指日可待!

加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)神经发育生物学家Arnold Kriegstein 与研究团队将胶质母细胞瘤细胞分为两组培养,一组是如干细胞一般移动快速的细胞,另一组是则是经过分化后较成熟的癌细胞。 出乎意料的最后两组细胞都由单一种类的细胞株分化成了包含各类型的细胞聚集这个现象显示癌细胞与胚胎发育过程中的干细胞有着某些相似性。 Kriegstein 表示,在成熟细胞中观察到原先在胚胎发育时所需的基因被诱导表现往往是细胞癌化的其中一环,因此其中联结非常重要。

早在1990 年代科学家就开始怀疑癌细胞中具有干细胞特性可能是病情复发、扩散、转移以及抗药的关键。 但癌症干细胞难以研究,是因为并非每个肿瘤中的细胞都有干细胞特性,干细胞特性也不一定与病症的进程与治疗成果有直接相关,且没有能够广泛认可可用的生物标记。

科学家发现癌细胞带有干细胞特性,治愈癌症或许指日可待!

病人的胶质母细胞瘤脑瘤的微小部分可用于生长类器官模型,以研究癌症干细胞在疾病中的作用。

在某些类型的癌症中,所有细胞都有类似干细胞功能,但有些癌症则是由类似干细胞的细胞及分化出不同功能的细胞组成。 因此科学家持续在这个问题上提出许多讨论,究竟特定癌症中有多少细胞带有干细胞特性,而这些细胞中又有多少是一直带有干细胞功能,带有干细胞功能的细胞是不是始终都是同样的一批细胞?

借用发育生物学技术研究「癌症干细胞」的特性

为了进行研究,研究团队利用了发育生物学中广泛用于追踪胚胎细胞生长与分化的系谱追踪(lineage tracing)技术研究初始的少数癌细胞如何分化发展出各种细胞特性。

因为胶质母细胞瘤不易在模式生物上培养,因此研究者决定采用体外培养的类器官进行研究,只要将癌细胞散布在类器官表面等待45 分钟,就能够观察到肿瘤生长。 但类器官因为缺乏血管构造所以无法完全取代模式生物研究癌细胞与循环系统的交互作用,因此研究团队仍在尝试不同方式改良研究环境与条件。 类器官上培养细胞与一般细胞培养所需的养分及条件不同,因此难以进行大规模研究。 然而,免疫缺陷是许多癌症的重要环节,但类器官没有免疫系统且实验动物为了使癌细胞能够生长因此也得使用免疫缺失的品系,因此都无法使用于研究癌症与免疫缺陷的部分。

科学家发现癌细胞带有干细胞特性,治愈癌症或许指日可待!

来自胶质母细胞瘤的癌细胞,这是一种侵袭性的脑肿瘤。

研究团队以混合各种细胞以及先驱物印制水胶。 水胶状的培养基能够形成3D 的结构,培养细胞成为肿瘤模型。 研究者将胶质母细胞瘤干细胞与其他类型细胞混合培养,发现在与免疫细胞巨噬细胞共培养时癌细胞会表现较有侵略性难以治疗的肿瘤所会表现的基因。 研究团队也发现当癌症干细胞与其他细胞共培养时,会表现与原生环境较相似的特性,显示环境能够影响癌细胞干细胞的生长与表现。

此外,也有其他研究指出将已经分化完成的成熟乳房组织细胞取出并培养于其他环境时细胞能够再次拥有多分化能(multipotency),相当于回到类似干细胞的状态,也可能因此发展出癌细胞,而其中癌细胞的位置也是影响细胞分化功能的关键。

追踪癌细胞分化路径

研究显示癌细胞在某些环境下可能会表现类似干细胞的功能,也可能因为周围其他细胞而影响其特性。 但因为这些癌细胞缺乏了特定表面特征,因此难以研究。 为了跨越技术障碍,研究者利用了发育生物学技术来追踪细胞的分化。

研究团队利用各种荧光标记不同位置的细胞,追踪各个细胞随着时间变化组织成熟之后所在的位置以及特性。 目前研究团队已经以这项技术研究培养环境如何影响大肠癌干细胞。

除了利用荧光标记之外,基因条码(genetic barcodes)也是一种追踪细胞分化的技术。 在过去研究者会以慢病毒(lentiviruses)将一组稳定的基因序列送入并随机嵌入细胞中。 原本带着相同基因序列的细胞随着时间复制分裂就会使基因序列中出现不同的突变并逐渐演变形成不同小族群,便可以透过定序分析细胞之间的关系以及对肿瘤发展的影响。 而现在这个技术又得益于CRISPR 基因编辑技术的发展,嵌入细胞的基因在每一次分裂时都有机会产生新的基因条码,比起过去使用慢病毒嵌入基因变化更快。

各种技术都各有其优势与限制,结合单细胞RNA 测序(single-cell RNA sequencing),再加以先进的计算技术分析,便能成为研究癌细胞的一大助力。 在包含多种细胞形态的肿瘤中,大多数细胞都会增长,研究者透过电脑计算分析才能够掌握每种细胞之间的关联、成长模式、范围以及与其他细胞之间的关系。

研究者也已经藉由追踪细胞谱系技术,了解癌细胞的基因表现如何导致癌细胞传播到其他较远的组织重新发展,进而导致癌症转移的过程。 研究团队分析了超过四万个位于六个位置的小鼠细胞,发现细胞在确定朝向某种分化路径之前,基因表现会不断的在不同阶段间来回转换。

可望帮助发展癌症的治疗

由发育生物学角度切入癌症干细胞研究,让研究者逐渐发现更多影响癌细胞发展的因素,以及肿瘤形成过程的多样性。

虽然这个新研究领域目前还未能非常精确的定义癌症干细胞,但癌细胞受环境影响而重新活化其干细胞特性的发现,已经能够帮助未来发展新的癌症治疗方法。

此外,研究团队所发现癌细胞与胚胎组织具有一些例如快速移动以及多分化能等相似特性,也能用于发展癌症疗法,藉由干扰或阻挡这些特性产生来达到疗效,同时正常细胞因为不具有这样的特性因此也不会被影响。 这也是这项研究的最终目标。

发布者:木木夕,转转请注明出处:https://www.cells88.com/lcyj/3428.html

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