如果你得了癌症,你会克隆自己的肿瘤吗?

我拜访的第一个医生告诉我,我只有六个月好活了。”说这话的是安东尼娅·克劳福德(Antonia Crawford)。那是 2013 年 8 月,她诊断出了胰腺癌晚期,时年 43 岁。

眼下,在癌症中存活的人数超过了以往的任何时候,但是对于某些类型的癌症,存活率却还是太低,此图是英国的癌症病人在 70 年代和 2000 年代的五年存活率  图片来源:pcrf.org.uk

克劳福德接受了标准的癌症疗法,不过她认为那未必是最有效的手段,于是她另外又做了一件非同寻常的事:让研究者把自己的肿瘤切片移植到了一群小鼠体内。当肿瘤在小鼠体内长大,研究者对它们试验了几种不同的疗法,希望能从中找出对克劳福德最有效的一组药物。“身为病人,我本人没有时间一一接受这些疗法,我的身体也无法承受。”克劳福德这样解释道。

要确认这种方法是否能提高病人的生存率,现在还为时过早。然而这个创意却引起了相当大的兴趣。眼下,许多研究团队都在研究如何在人体之外培育人类肿瘤的三维拷贝——说穿了就是克隆肿瘤。这个想法看似诡异,其中的道理却十分简单:想了解敌人,就首先要培育敌人。

在体外培育癌细胞的做法已经有了一些年头,但是它并不想一般人想象的那样简单。有些癌细胞的确能在体外茁壮成长,比如研究者长期使用的海拉细胞株;但是大多数癌细胞放进了培养皿就会死去。即使它们能在培养皿里的某种培养液里存活,那也和在人体内部生长有着很大区别。(译注:海拉细胞株,美国一癌症患者的细胞,患者于 1951 年病故,她的细胞却不断被培育复制,至今仍在研究中使用。)

实体肿瘤有点像是器官:它们由不同类型的细胞组成、在三维的结构中生长、还有专门的供血系统输送营养。“塑料培养瓶里的细胞在二维状态下的行为,和它们在人体内部的行为并没有多大关系。”伦敦巴斯癌症研究所的弗朗西斯·布莱克威尔(Frances Balkwill)这样说道。

眼下,布莱克威尔的团队以及世界各地的研究者正设法用组织工程学手段在体外培育真实的肿瘤,不过目前还在尝试阶段。他们正在试验的做法是将肿瘤碎片植入某些小鼠体内,这些小鼠的免疫系统经过了改造、不会攻击人类细胞,因此能任由肿瘤在它们体内生长。其实早在 80 年代,这种异种移植的技术已经用来测试药效了。

现在,有一家名叫“冠军肿瘤学”(Champions Oncology)的公司正在将这项服务直接出售给癌症病人,克劳福德求助的正是这家公司。公司总裁罗尼·莫里斯(Ronnie Morris)指出:“癌症是一种独特的疾病,要解释为什么某种药物对这个病人有效、对别的病人无效,是相当困难的一件事。我们需要用更加理性的方法来判断什么药该试、什么不该试。”

莫里斯的这番话已是业内的公论。按照发病的组织和显微镜下的影像,癌症已经可以分成几百种不同的类型;然而实际上,它们的类型应该有几百万之多。癌症往往有数百种变异、以及更多种类的表观遗传变化。每一个肿瘤都是独特的,而且都在连续不断地改变并演化着。

因人而异的疗法 

正因如此,一种疗法越是能够针对患者的独特病因,它就越有希望见效。而个性化治疗也正在成为现实。比如有些病人的肿瘤会过量制造一种名叫“Her2”的蛋白,医生在治疗时就会针对这种类型的癌症用药。以往的研究发现有些变异能够影响癌细胞的行为,现在研究者也越来越多地利用基因检测来识别这些变异。然而,这个领域虽然进展飞速,要单靠基因检测来预告最佳的药物组合,却还是遥遥无期的事。

又或许,这根本是一个不可企及的目标,原因之一是接受检测的细胞未必能反映整个肿瘤的情况。另外,一个肿瘤里的良性细胞也会对肿瘤的演化及肿瘤对治疗的反应产生很大的影响。莫里斯表示,这便是冠军肿瘤公司得以施展手脚的原因:“我们可以为病人的肿瘤培养一个精确的拷贝,并把它放到一个宿主环境中继续生长,这样一来,病人就能同时验证四、五种药物或药物的组合、并且观察哪一种的效果最好了。”

2013 年底,克劳福德接受了化疗和放疗,肿瘤缩小之后,外科医生又为她做了切除手术。与此同时,她的兄弟出资在她的肿瘤上切下一片、移植到了几只小鼠的背部。这些移植的肿瘤长大一些之后,又被用来“感染”了更多小鼠。五个月后,冠军肿瘤公司已经培育了一支小鼠组成的小型部队,它们被称作是“替身小鼠”(mouse avatars)。公司对它们施加了经基因检测可能有效的各种药物,然后观察哪一种能够缩小肿瘤。 

一只来自冠军肿瘤公司的替身小鼠,它的皮下已经移植了一个来自癌症病人的肿瘤  图片来源:AP Photo/Patrick Semansky

冠军肿瘤公司还表示,小鼠的痛苦可以忽略不计,因为肿瘤只是长在皮肤下方、不会侵入器官。克劳福德对这一点也十分顾虑。“我知道动物试验是个敏感话题,”她说,“然而站在我的立场,动物试验就是不可或缺的了。除此之外只有一种选择,那就是我亲自试药,那会使我十分痛苦,而且浪费时间。”

这种试验价格不菲。单是培育小鼠替身就要花费 1500 英镑左右,而且培育一次未必见效,照莫里斯的说法,成功率在 70%左右。接下来,病人还要为每一种测试的药物支付 2500 英镑。一般来说,病人会测试四、五种药物,这样总价就要达到 11500 至 14000 英镑。这笔花费值得吗?

冠军肿瘤公司的初步研究显示,替身小鼠对抗癌药物的反应,的确能很好地体现病人对于这些药物的反应。其中的一项研究中,有 65 只替身小鼠接受了癌细胞提供者同样接受的二、三线药物。去年,公司在欧洲肿瘤内科学会的一次会议上做了一次海报展示,指出这些替身小鼠和人类对药物的阳性反应之间存在 87%的相关。“相比起来,病人亲自试验某种二、三线药物的成功率,一般只有 10%到 15%。”莫里斯说道。

替身小鼠会成为人类救星吗?

87%的数字使人眼前一亮,然而这项研究规模太小,研究者也没有用替身小鼠来筛选不同的疗法。其他研究者认为,这个方法需要更加广泛的验证,才能使更多患者心悦诚服地出钱购买。

英国癌症研究学会的艾玛·史密斯(Emma Smith)表示:“用替身小鼠来预测病人对治疗的反应,这是个性化医疗的一个有趣新方向,然而这个方向还在试验阶段。在将来,它或许是会给一些癌症病人送去好处,但是它究竟是否有效、又对谁有效,还需要再做研究才能断定。同时,患者在接受任何实验性的疗法之前,也绝对要先问一问自己的主治医生。” 

即便是正在这个领域从事研究的人,也对此抱着审慎的态度,马修·戈茨(Matthew Goetz)就是其中的一个。戈茨眼下在明尼苏达州的梅奥诊所(Mayo Clinic)研究替身小鼠是否能预测乳腺癌患者对于药物的反应。看到今天的研究,他不由想起了 80 年代的相似一幕:“当时也有公司号称能在体外培育癌细胞、对它们进行试验,从而找到治疗卵巢癌的合适药物。然而那些研究始终没有得到证实,也没有证据表明它们在临床上有任何效果,这些都是历史的教训,应该引以为戒。我们应该问自己一句:‘和临床治疗的标准方法相比,这个新玩意儿到底有什么优势?’”

不过长远来看,戈茨对这种病人专属的替身小鼠还是乐观的。他认为,研究者大可以用这些小鼠来观察抗癌药物的耐药性是如何发展的,这样既能够确定不同患者的最佳疗法,也有助于研发对所有患者都更有效的疗法。“肿瘤对于标准化疗的耐药性是癌症治疗的一个根本难题。”他说,“如果我们能够培育出在接受了 20 周标准化疗之后仍旧存活的肿瘤、并且找出对它们具有疗效的药物,我认为这些药物在随后的临床治疗中发挥疗效的可能就会大许多。”

然而,替身小鼠的缺点还有许多。首先,在一只免疫缺陷的小鼠皮下培育的肿瘤,和在人体器官中自然生长、并且时刻受到健康免疫系统的攻击的肿瘤,是完全不同的两回事。其次,异种移植物中的良性细胞会渐渐地为小鼠本身的细胞所取代,这一点也和人体不同。最后,也是个性化医疗的命门之一,就是时间:癌症晚期病人需要在几周之内确定最佳药物,如果拖上六个月,他们可能已经死了。

不过,还有一条捷径,或者能用来了解肿瘤内部恶性与良性细胞的相互作用:近些年,组织工程师已经成功地建造了各种复杂的组织和器官,比如膀胱和气管。眼下,癌症生物学家也在利用同样的原理,从无到有地建造肿瘤、建造被肿瘤占领的人体组织的微缩模型。

在澳大利亚布里斯班的昆士兰科技大学(Queensland University of Technology),研究者先用高分子聚合物搭出骨架,然后让正常人类细胞在上面生长。同时,他们又在一种胶体状的基质上培育癌细胞,从而生产出了一个个“肿瘤球”。接着他们再将正常细胞与肿瘤细胞合并、一同移植到小鼠体内。

这个办法,比冠军肿瘤公司那样在小鼠背部移植病人的肿瘤切片要快得多。昆士兰大学的研究领队达尼埃拉·罗西里尼(Daniela Loessner)表示:“即便是实验室里最大的肿瘤球,也只要两周时间就能培育出来。也就是说,我们只要一个月就能在小鼠身上培育出成形的肿瘤。”

罗西里尼 2010 年发表的论文中给出的 2D 癌细胞和 3D 肿瘤球对比  图片来源:doi:10.1016/j.biomaterials.2010.07.064

至少从理论上看,这个方法更有可能揭示出人体内的肿瘤是如何应对药物的。它甚至可以用来研究癌症的扩散和转移。比如罗里西尼的团队就一直在研究卵巢癌是如何扩散至腹膜的,使用的方法正是在高分子骨架上种植腹膜细胞和一个卵巢癌细胞球、然后将骨架整个植入小鼠体内。

罗里西尼表示:“癌症在转移之后往往会对许多标准抗癌药物产生耐药性,使用现在这种方法,我们能够验证不同的药物组合在治疗癌症转移方面的效果,由此找出对病人有利的组合。”他们还不曾使用这种方法来预测患者对各种药物的反应,但那是他们的最终目标。

还有一种做法是完全不用动物、只在培养皿中培养肿瘤。这样既能免除将癌细胞移植到动物身上给人造成的“直觉反感”,又对追求个性化治疗的癌症病人有着其他裨益。伦敦大学学院的玛丽莱娜·洛尔兹多(Marilena Loizidou)指出:“使用培养皿更加便宜、更好控制、也更快见效。”

洛尔兹多实验室的一只恒温箱里,一团团粉红软胶状的结直肠癌细胞不断生长着,它们体积很小,用肉眼难以辨别。和罗西里尼的培育手段一样,洛尔多兹也先搭建骨架、将健康的人类细胞和癌细胞分开培育,然后合并在一起。照她的说法,虽然在三维胶体中培育癌细胞的技术早已存在,但是在其中混入健康细胞的做法却还十分新鲜。她说:“癌细胞的许多行为、以及它们对于药物的反应,肯定都和癌细胞与周围细胞的互动有关。”实际上,支持肿瘤生长的健康细胞,也已经在成为癌症治疗的重要目标了。 

要得到有用的研究成果,也不是非要培育出三维的肿瘤。不久之前,麻省总医院的一支队伍就利用几种培育细胞的新技术,在耐药性肺癌患者体内获得的 27 个细胞系上试验了几十种药物。试验的结果十分理想,足以支持他们继续在细胞系方向上开展研究。

不过相比之下,还是培育三维肿瘤的方法更能产生有用的信息。这样培育出来的细胞生长得更好,而且有时会对同样的药物产生不同的反应。比如,洛尔兹多的团队在测试结直肠癌细胞的药物反应时使用了一种名叫“西妥昔单抗”(cetuximab)的药物,它专门作用于结直肠癌细胞表面的一种蛋白。他们发现,以三维方式培育的癌细胞,制造的蛋白数量要远远超过细胞系中产生的蛋白,然而它们对药物的反应却不如细胞系那样强烈。  

无论采用什么方法,有一点是明确的,那就是在将来我们会克隆许多人的肿瘤。不过这是否值得患者掏钱,却还是未知数。

就拿克劳福德来说,她至今没有从新疗法中直接获益。她在手术后经历了一系列并发症,虚弱得一时无法接受药物治疗,好在肿瘤也没有卷土重来的迹象。不过话说回来,替身小鼠确实为她找出了几种可能有效的药物组合,这对于她是莫大的安慰与希望。“如果我旧病复发,那么至少还有一、两种药物可能有效。”她说,“看来我还是有希望和癌症斗一斗的。”

作者:Linda Geddes
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来源:果壳
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