为了完善癌症的实验室研究模型,更好了解病人身上的状况,约翰·霍普金斯医学院的科学家开发了一种新的基于计算机的技术,结果显示:在培养皿中生长的人类癌细胞在基因上与人类并不相似。
这一发现将有助于将更多资源集中在癌症研究模型上,如基因工程小鼠和被称为“类肿瘤”(tumoroids)的人类组织立体球,以更好地评估人类癌症生物学和治疗,以及导致癌症生长和进展的基因错误。
“癌症细胞株在基因上不如其他模型,这对科学家来说可能并不奇怪,但我们对基因工程小鼠和类肿瘤相比表现如此出色感到惊讶,”Patrick Cahan博士说。约翰霍普金斯大学和约翰霍普金斯大学医学院生物医学工程副教授,也是这项新研究的首席研究员。
这项被称为“癌症细胞网”的新技术利用计算机模型将研究模型的RNA序列与癌症基因组图谱的数据进行比较,以比较两者的匹配程度。
研究人员发现,平均而言,在他们测试的5种肿瘤类型中,有4种的基因工程小鼠和类肿瘤的RNA序列与基因组图谱基线数据最接近,包括乳腺癌、肺癌和卵巢癌。
研究人员说,他们的工作进一步证明,由于人体细胞的自然环境和实验室生长环境之间的复杂差异,在实验室中生长的癌细胞系与其人类来源的亲合性较差。“一旦你把肿瘤从它们的自然环境中取出,细胞系就会开始改变。”Cahan说。
世界各地的科学家依靠一系列研究模型来提高他们对癌症和其他疾病生物学的理解,并开发治疗条件。在最广泛使用的癌症研究模型中,细胞系是通过从人类肿瘤中提取细胞,然后在实验室的烧瓶中用各种营养物质培养它们。
骚操作,癌细胞在体外的另类生长
研究人员还使用了经过基因改造而患上癌症的老鼠。在其他情况下,他们将人类肿瘤植入老鼠体内,这一过程被称为异种移植,或使用类肿瘤。
为了评估这些研究模型在多大程度上符合人类可能发生的情况,科学家们经常将实验室培养的细胞或类肿瘤细胞或异种移植到小鼠体内,看看这些细胞是否像它们应该的那样生长、扩散,并保留癌症的遗传特征。然而,约翰霍普金斯大学的研究人员表示,这个过程昂贵、耗时,而且在具有挑战性。
这项技术的目标是开发一种计算方法,以一种不那么繁琐和准确的方式来评估研究模型。一份关于这项工作的报告于4月29日发表在《基因组医学》(Genome Medicine)上,研究人员已经为他们命名为“癌细胞网络”(CancerCellNet)的东西申请了临时专利。
这项新技术基于细胞RNA的遗传信息,RNA是一种类似于DNA的化学分子串,以及细胞用来将DNA转化为蛋白质的一套中间物质。
“RNA是细胞类型和细胞特性的一个很好的替代品,这是确定实验室培养的细胞是否与人类细胞相似的关键,”Cahan说。“RNA表达数据非常标准化,对研究人员来说是可用的,不太容易受到技术变化的影响,这些技术变化可能会影响研究结果。”
首先,Cahan和他的团队必须选择一组标准数据作为比较研究模型的基线。来自癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas)的数据被称为所谓的“训练”数据,其中包括数百例患者肿瘤样本的RNA表达信息,以及相应的肿瘤分期、分级等信息。
他们还测试了他们的“CancerCellNet”工具,将其应用到已经知道肿瘤类型的数据上,比如国际人类基因组测序联盟(IHGSC)的数据。
研究小组成员梳理了癌症基因组图谱数据,确定了22种需要研究的肿瘤类型。他们使用基因组图谱数据作为基线,比较了全球实验室中培养的657个癌症细胞系(其中一些是几十年前建立的)、415个异种移植、26个基因工程小鼠模型和131个类肿瘤细胞的RNA表达数据。
他指出,在该研究的一个例子中,来自PC3细胞系的前列腺癌细胞从基因上看更像膀胱癌。也有可能细胞系最初的标签是错误的,或者它实际上可能来自膀胱癌。但最重要的是,从遗传的角度来看,前列腺癌细胞株并不能代表典型的前列腺癌患者。
研究人员发现,使用0-1评分法,细胞系对图谱数据的评分比对平均低于类肿瘤和异种移植细胞。
Cahan说,他和他的团队将增加额外的RNA测序数据,以提高癌细胞网络的可靠性。

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临时专利:这类专利允许申请者以比较低廉的价格,及早地设立建档日期,或建设性的减少实践时间。
0-1评分法:一种多项目权重计算方法。
 

骚操作,癌细胞在体外的另类生长

原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):骚操作,癌细胞在体外的另类生长