體外三維細胞培養技術在腫瘤醫學領域中的應用與展望

【摘要】腫瘤的增殖、分化、轉移與腫瘤微環境之間有著密不可分的關聯，近年來，對于腫瘤微環境的研究不斷的深入，腫瘤研究提供了新的思路。體外三維細胞培養技術，克服了傳統細胞二維培養的痛點，成為腫瘤學研究的熱點。本文通過介紹腫瘤微環境對腫瘤細胞的影響作用，進一步說明體外三維細胞培養技術在腫瘤醫學領域重要應用價值。

【關鍵詞】三維細胞培養技術;細胞培養;腫瘤;腫瘤微環境

【中圖分類號】R329? ? ? ? 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12332/j.issn.2095-6525.2020.14.274

腫瘤，長期以來一直是威脅人類生命健康的重要因素，發病率和致死率在全球范圍內正逐年升高。對于腫瘤的研究，一直是醫學領域的熱點課題，也是全人類所目標攻克的重要課題。隨著對腫瘤領域的研究不斷的深入，人們發現腫瘤細胞的生長不僅僅受到自身代謝以及胞內信號的調節，與此同時，腫瘤細胞微環境對腫瘤細胞的生長也起著至關重要的作用。傳統細胞二維培養，腫瘤細胞在生長的過程中只能收到來自其同一平面的信號傳導，這就造成在體外建立的腫瘤模型與體內腫瘤真實環境之間存在著一定的差異，這也成為傳統二維培養方式巨大的弊端。近年來，體外三維細胞培養技術在生物醫學領域得到廣泛關注，聯合材料科學、生物醫學等眾多學科，體外三維細胞培養技術越發成熟，該技術的應用帶領細胞培養步入新時代。

1? 腫瘤微環境對于腫瘤細胞的影響作用

腫瘤微環境（Tumor microenvironment，TME）由腫瘤細胞、細胞外基質蛋白（Extracellular matrix，ECM）、成纖維細胞、內皮細胞、生長因子、血管、免疫細胞等共同組成，腫瘤細胞能夠接收細胞內的信號以及細胞之間的信號傳導，從而獲得持續的增長[1]。腫瘤微環境中的各個組分都對腫瘤細胞生長代謝起著重要作用，腫瘤相關成纖維細胞能夠抑制免疫細胞進入腫瘤細胞內，減弱免疫細胞的功能，影響腫瘤自分泌與旁分泌，對于腫瘤細胞起著明顯促進作用。腫瘤相關內皮細胞能夠通過對于糖酵解的激活作用，為腫瘤細胞持續供能，從而大大增加腫瘤細胞增殖和遷移能力[2]。隨著腫瘤細胞持續增殖，其抗凋亡能力不斷的提升，快速生長也導致了腫瘤微環境常常保持缺氧狀態這一重要特性。在低氧的環境下，氧誘導因子（Hypoxia-inducible factor，HIF）能夠持續增加，從而上調血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF），直接或間接加速了腫瘤血管的形成，并且進一步誘導腫瘤血管功能復雜化以及異常化[3]。與此同時，腫瘤微環境也可促使非腫瘤細胞發生適應性改變，通過非腫瘤細胞的代謝與分泌，為腫瘤細胞提供長期的營養來源，有利于腫瘤持續增長。腫瘤微環境與腫瘤細胞之間擁有著密不可分的聯系，因而在對于腫瘤的研究，我們必定要考慮到腫瘤微環境對于細胞的影響，近年來，對于腫瘤微環境的探索和研究也在不斷的深入。

2? 體外三維細胞培養技術的應用與展望

傳統的二維細胞培養，細胞平鋪在容器的底面，在同維度上生長，細胞只能接受來自周圍的信號傳導，然而，這種細胞生長方式與細胞在體內真實生長方式截然不同，以至于通過該方式培養得到的細胞在許多生物學指征上也與體內存在著較大差異[4]。體外三維細胞培養技術，即使細胞處于一種三維環境中生長，為細胞模擬出更好的生活環境，細胞在三維環境之中能夠接受來自其周圍各個方向的信號傳導，建立與細胞外基質、其他細胞之間的聯系，指導影響細胞的增殖、分化、遷移等各個行為。因而，通過體外三維細胞培養技術培養得到的細胞，與體內細胞真實生長環境更為相似，通過對其實驗研，我們可以得到更接近體內真實環境的生物醫學指征，提高實驗所得更加準確，更具說服力，通過早期更加精確的研究，我們可以大大提高醫藥研發進程，并且能夠在一定程度上規避后期體內實驗失敗的風險。傳統二維細胞培養技術，并不能充分將細胞微環境的因素融入，三維細胞培養技術的逐漸成熟，也為解決這一痛點提供了新思路。近年來，三維細胞培養技術在腫瘤醫學領域之中獲得了極大的關注，為腫瘤的深入研究提供了新品臺和新方式。

體外三維細胞培養技術目前主要分為兩大類，無支架三維細胞培養以及基于支架的三維細胞培養。無支架三維細胞培養技術，即通過細胞自身性質自發聚集成三維細胞球，適用于能夠分泌細胞外基質蛋白并能夠自我組裝成三維結構的細胞。基于支架的三維細胞培養，即通過加入支架，使得細胞與載體成為一種三維復合物而生長。支架材料包括天然材料以及合成材料，有利于支撐起腫瘤細胞三維結構并且促進細胞與環境之間的相互作用。

體外三維細胞培養技術，能夠更加真實模擬腫瘤細胞微環境并且能夠更好建立起細胞與微環境之間的相互聯系，克服了傳統二維細胞培養的痛點。隨著人們對于腫瘤研究的越發深入，腫瘤微環境在腫瘤研究之中發揮著重要作用，越來越多抗癌藥物開始從腫瘤微環境入手，但這一思路的基礎便是對腫瘤微環境之中的分子信號傳導以及分子作用靶點的充分研究，隨著腫瘤組織工程學、高分子新型材料科學等相關技術的不斷發展，體外三維培養技術逐漸成為腫瘤研究的熱點，無疑成為腫瘤醫學領域之中得力的工具

參考文獻：

[1]張百紅，岳紅云.腫瘤生長的信號[A].現代腫瘤醫學，2014，22（1）：220-222

[2]王子恒，杜宥呈，陳璐璐，姚佳瑜，劉沅林，劉琴琴，徐云釗.腫瘤微環境對腫瘤細胞能量代謝調節的研究進展[J].交通醫學，2020，34（2）：155-158

[3]郭振超，張天柱.基于三維細胞培養下的腫瘤細胞惡性研究[J].自然科學，2016，4（2）：132-136

[4]孫躍峰，江劍，王玲，王宏.體外三維培養技術在腫瘤中的應用及進展[A].大連醫科大學學報，2020，42（2）：166-171

作者簡介：

張勁松（2000.01-），男，江蘇南通，學生，本科，研究方向：醫藥，細胞培養，毒理學，藥劑學。