文/陳根

癌癥作為一類復雜疾病，是多種疾病的統稱，包括肺癌、胃癌、腸道癌、皮膚癌等。這些癌癥有一個共同的特性，就是細胞的異常增長。因為這些細胞區別于正常細胞，所以被稱為癌細胞。

目前，人們對癌癥的病因尚未完全了解。但從分子生物學的角度來說，癌變意味著由一連串 DNA 受損而引發的細胞分裂速率失控。當調控細胞生長的基因發生突變或損壞時，細胞便開始了持續的、不受控制的生長及分裂。

因此，對癌癥進行基因組分析便成為了解開癌癥之謎、找到治療方法的關鍵。與此同時，對不同患者來說，癌癥基因組對病情的進展有著不同的影響。

2016 年，Ian F. Tannock 和 John A. Hickman 曾在《新英格蘭醫學雜志》（NEJM）撰文指出，即使在單個腫瘤中，癌細胞的基因組成在不同區域之間也存在顯著差異，這就是困擾科學家們的腫瘤異質性。

腫瘤異質性是指腫瘤在生長過程中，經過多次分裂增殖，其子細胞呈現出分子生物學或基因方面的改變，從而使腫瘤的生長速度、侵襲能力、對藥物的敏感性以及預后等各方面產生差異。這也讓癌癥成為一類個性化的疾病，不同人使用同種藥，效果和副作用都不盡相同。

顯然，對于癌癥治療來說，只有適合的，才是最好的。而在癌癥治療過程中，仿真的腫瘤模型、體內生長環境和智能的分析方法均在其中發揮著重要作用。

基于此，東南大學生物科學與醫學工程學院院長顧忠澤教授團隊在 Biomaterials 上發表了文章，對團隊研發的三維腫瘤模型以及對三維腫瘤模型的識別技術（SMART）進行了詳細介紹。

其中，由內而外、從結構到性質完全復制腫瘤可以為癌癥治療研究提供更接近的參照物，而在這樣的模型出現之前，研究人員使用的更多是二維模型。

傳統的二維腫瘤模型，具有很高的吞吐量，成本也很低，但它無法真實地呈現腫瘤的結構，也不能模擬腫瘤和血管之間的相互作用。并且在培養過程中，二維模型被置于硬質基底上，均勻暴露在氧氣、營養物質、藥物和代謝物之中，和人體內環境存在較大差異。

這就導致，在用二維腫瘤模型進行檢測時，很低濃度的藥物就可以把大量的腫瘤殺死，但在動物體、三維模型上或真實的環境中，腫瘤的耐藥性會顯著提高。

相比之下，三維模型是在三維結構載體中進行細胞培養，讓細胞在更好模擬體內的環境中生長、轉移。

以東大醫械院開發的三維腫瘤細胞模型為例，他們從病人手術或活檢分離出的組織中提取原代細胞，通過自主研發的、生物相容性優異的水凝膠材料構建腫瘤生長的微環境，在體外便捷、有效地培養生成穩定、均一的腫瘤聚集體以及腫瘤類器官。真實地構建腫瘤結構，且能模擬腫瘤和組織、血管之間的相互作用。

東大醫械院設計的檢測儀可以自動聚焦“觀察” 腫瘤，也能對腫瘤入侵程度進行精準檢測，“經過 20 萬次的訓練之后，準確率已經穩定在 95% 以上”。該儀器系統還能為腫瘤細胞提供相應的培養環境，輔助生成更仿真的 3D 腫瘤體系。