新研究揭示，在整個腫塊中均勻生長，而不是在邊緣生長更快，這對幾十年來的假設提出了挑戰。 科學家利用空間基因組學和計算機模擬，發現肝臟腫瘤中的突變分佈均勻，證實了腫瘤的均勻生長模式。 這一發現凸顯了腫瘤進化和耐藥性的複雜性。
新研究挑戰了腫瘤作為"雙速"實體執行的觀點。科隆大學和巴塞羅那基因組調控中心（CRG）的科學家們發現，會在其整個腫塊上持續生長，而不是集中在其外緣生長。 這項研究發表在eLife雜誌上，對長期以來有關癌症生長和擴散機制的觀點提出了挑戰。
"我們挑戰了腫瘤是一個雙速實體的觀點，表面的細胞分裂迅速，而核心的細胞活動較慢。 相反，我們發現它們是均勻生長的腫塊，每個區域都同樣活躍，並有可能藏匿侵襲性突變，"該研究的共同通訊作者、巴塞羅那基因組調控中心研究員 Donate Weghorn 博士說。
"我們的發現對腫瘤進化具有重要意義。 在整個腫瘤體積中，細胞不斷死亡並被新的細胞取代，這給了癌症許多進化創新的機會，比如逃避免疫監控，"該研究的共同通訊作者、科隆大學研究員約翰內斯-伯格（Johannes Berg）教授解釋說。
過去五十年來，研究人員一直假設腫瘤在其外緣生長得更快。 人們認為，與深層細胞相比，表面的癌細胞具有天然優勢。 例如，周邊細胞能更好地從周圍健康組織獲得營養和氧氣。 它們還能更容易地排出廢物。
隨著腫瘤的生長，其中心會越來越遠離腫瘤生長區域的血管。 腫瘤中心的細胞獲得的氧氣和營養越來越少。 細胞還承受著更大的機械壓力，壓迫限制了它們的分裂能力。
計算機模擬顯示了具有相同突變型別的細胞是如何在腫瘤的一個區域緊密聚集在一起（藍色顯示）或分散在腫瘤的不同部位（紅色顯示）的。 資料來源：Angagi 等人 (2024) eLIFE
儘管有這一理論，但研究發現腫瘤在其整個組織中生長。 研究人員的這一發現要歸功於空間基因組學，這是一種用於研究細胞在組織內確切位置的遺傳資訊的技術。 他們從以前的研究中獲得了資料，在這些研究中，從肝臟腫瘤的不同部位採集了數百個二維和三維空間的小樣本。 這提供了整個腫瘤突變的詳細地圖。
他們觀察了每個樣本中的突變，並開發出一種方法來測量這些突變的方向和擴散情況，這樣研究人員就能計算出母細胞與其突變後代細胞的位置之間的夾角。 在表面生長模型中，這些角度將指向外側。
相反，研究人員發現這些角度均勻地分佈在各個方向，顯示了整個腫瘤的均勻生長。
研究還考察了突變在腫瘤內的分佈情況。 如果癌細胞主要在邊緣生長，突變就會更加集中。 他們發現，突變是分散的，這表明細胞分裂遍佈腫瘤各處。
為了進一步驗證他們的發現，研究人員利用計算機模擬建立了不同的虛擬腫瘤，有些是表面生長，有些是體積生長。 研究人員將模擬的突變模式與真實腫瘤資料中發現的模式進行了比較。 他們發現，真實腫瘤中的突變模式與體積生長模擬的模式一致，但與表面生長模擬的模式不一致。
這項研究的侷限性之一是它主要針對肝癌，因此研究結果可能並不適用於所有型別的癌症。 另一個侷限性是，這項研究主要針對腫瘤生長的早期階段提供見解，可能無法完全捕捉到較大型或轉移性癌症的行為。
"突變體的出現使治療產生抗藥性，這是與臨床相關的一個重要方面。" 伯格博士總結說："我們的工作重點是早期腫瘤生長，但將研究擴充套件到晚期突變，可以讓我們更多地瞭解這些突變以及它們最終挫敗多種治療方法的原因。"
編譯自/ScitechDaily
DOI: 10.7554/eLife.95338.2
