体外三维细胞培养技术在肿瘤医学领域中的应用与展望

【摘要】肿瘤的增殖、分化、转移与肿瘤微环境之间有着密不可分的关联，近年来，对于肿瘤微环境的研究不断的深入，肿瘤研究提供了新的思路。体外三维细胞培养技术，克服了传统细胞二维培养的痛点，成为肿瘤学研究的热点。本文通过介绍肿瘤微环境对肿瘤细胞的影响作用，进一步说明体外三维细胞培养技术在肿瘤医学领域重要应用价值。

【关键词】三维细胞培养技术;细胞培养;肿瘤;肿瘤微环境

【中图分类号】R329        【文献标识码】A 【DOI】10.12332/j.issn.2095-6525.2020.14.274

肿瘤，长期以来一直是威胁人类生命健康的重要因素，发病率和致死率在全球范围内正逐年升高。对于肿瘤的研究，一直是医学领域的热点课题，也是全人类所目标攻克的重要课题。随着对肿瘤领域的研究不断的深入，人们发现肿瘤细胞的生长不仅仅受到自身代谢以及胞内信号的调节，与此同时，肿瘤细胞微环境对肿瘤细胞的生长也起着至关重要的作用。传统细胞二维培养，肿瘤细胞在生长的过程中只能收到来自其同一平面的信号传导，这就造成在体外建立的肿瘤模型与体内肿瘤真实环境之间存在着一定的差异，这也成为传统二维培养方式巨大的弊端。近年来，体外三维细胞培养技术在生物医学领域得到广泛关注，联合材料科学、生物医学等众多学科，体外三维细胞培养技术越发成熟，该技术的应用带领细胞培养步入新时代。

1  肿瘤微环境对于肿瘤细胞的影响作用

肿瘤微环境（Tumor microenvironment，TME）由肿瘤细胞、细胞外基质蛋白（Extracellular matrix，ECM）、成纤维细胞、内皮细胞、生长因子、血管、免疫细胞等共同组成，肿瘤细胞能够接收细胞内的信号以及细胞之间的信号传导，从而获得持续的增长[1]。肿瘤微环境中的各个组分都对肿瘤细胞生长代谢起着重要作用，肿瘤相关成纤维细胞能够抑制免疫细胞进入肿瘤细胞内，减弱免疫细胞的功能，影响肿瘤自分泌与旁分泌，对于肿瘤细胞起着明显促进作用。肿瘤相关内皮细胞能够通过对于糖酵解的激活作用，为肿瘤细胞持续供能，从而大大增加肿瘤细胞增殖和迁移能力[2]。随着肿瘤细胞持续增殖，其抗凋亡能力不断的提升，快速生长也导致了肿瘤微环境常常保持缺氧状态这一重要特性。在低氧的环境下，氧诱导因子（Hypoxia-inducible factor，HIF）能够持续增加，从而上调血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF），直接或间接加速了肿瘤血管的形成，并且进一步诱导肿瘤血管功能复杂化以及异常化[3]。与此同时，肿瘤微环境也可促使非肿瘤细胞发生适应性改变，通过非肿瘤细胞的代谢与分泌，为肿瘤细胞提供长期的营养来源，有利于肿瘤持续增长。肿瘤微环境与肿瘤细胞之间拥有着密不可分的联系，因而在对于肿瘤的研究，我们必定要考虑到肿瘤微环境对于细胞的影响，近年来，对于肿瘤微环境的探索和研究也在不断的深入。

2  体外三维细胞培养技术的应用与展望

传统的二维细胞培养，细胞平铺在容器的底面，在同维度上生长，细胞只能接受来自周围的信号传导，然而，这种细胞生长方式与细胞在体内真实生长方式截然不同，以至于通过该方式培养得到的细胞在许多生物学指征上也与体内存在着较大差异[4]。体外三维细胞培养技术，即使细胞处于一种三维环境中生长，为细胞模拟出更好的生活环境，细胞在三维环境之中能够接受来自其周围各个方向的信号传导，建立与细胞外基质、其他细胞之间的联系，指导影响细胞的增殖、分化、迁移等各个行为。因而，通过体外三维细胞培养技术培养得到的细胞，与体内细胞真实生长环境更为相似，通过对其实验研，我们可以得到更接近体内真实环境的生物医学指征，提高实验所得更加准确，更具说服力，通过早期更加精确的研究，我们可以大大提高医药研发进程，并且能够在一定程度上规避后期体内实验失败的风险。传统二维细胞培养技术，并不能充分将细胞微环境的因素融入，三维细胞培养技术的逐渐成熟，也为解决这一痛点提供了新思路。近年来，三维细胞培养技术在肿瘤医学领域之中获得了极大的关注，为肿瘤的深入研究提供了新品台和新方式。

体外三维细胞培养技术目前主要分为两大类，无支架三维细胞培养以及基于支架的三维细胞培养。无支架三维细胞培养技术，即通过细胞自身性质自发聚集成三维细胞球，适用于能够分泌细胞外基质蛋白并能够自我组装成三维结构的细胞。基于支架的三维细胞培养，即通过加入支架，使得细胞与载体成为一种三维复合物而生长。支架材料包括天然材料以及合成材料，有利于支撑起肿瘤细胞三维结构并且促进细胞与环境之间的相互作用。

体外三维细胞培养技术，能够更加真实模拟肿瘤细胞微环境并且能够更好建立起细胞与微环境之间的相互联系，克服了传统二维细胞培养的痛点。随着人们对于肿瘤研究的越发深入，肿瘤微环境在肿瘤研究之中发挥着重要作用，越来越多抗癌药物开始从肿瘤微环境入手，但这一思路的基础便是对肿瘤微环境之中的分子信号传导以及分子作用靶点的充分研究，随着肿瘤组织工程学、高分子新型材料科学等相关技术的不断发展，体外三维培养技术逐渐成为肿瘤研究的热点，无疑成为肿瘤医学领域之中得力的工具

参考文献：

[1]张百红，岳红云.肿瘤生長的信号[A].现代肿瘤医学，2014，22（1）：220-222

[2]王子恒，杜宥呈，陈璐璐，姚佳瑜，刘沅林，刘琴琴，徐云钊.肿瘤微环境对肿瘤细胞能量代谢调节的研究进展[J].交通医学，2020，34（2）：155-158

[3]郭振超，张天柱.基于三维细胞培养下的肿瘤细胞恶性研究[J].自然科学，2016，4（2）：132-136

[4]孙跃峰，江剑，王玲，王宏.体外三维培养技术在肿瘤中的应用及进展[A].大连医科大学学报，2020，42（2）：166-171

作者简介：

张劲松（2000.01-），男，江苏南通，学生，本科，研究方向：医药，细胞培养，毒理学，药剂学。