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作者：Liz Zee
导读：弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）、伦敦大学学院（University College London, UCL）、皇家马斯登NHS基金会信托基金会（The Royal Marsden NHS Foundation Trust）和伦敦癌症研究所（Institute of Cancer Research）的研究人员开发了一个计算机模型，用于分析肿瘤生长的方式如何影响它们的基因组成。利用这一新模型，他们已经确定了肿瘤生长和形状之间的联系，以及患者的癌症可能的进展速度。
当癌细胞发生突变时，一部分癌细胞通过突变获得优势，这些突变使它们更能适应环境，分裂并产生一组“更具契合性”的细胞。例如，如果癌细胞的进化是为了在营养或氧气供应不足的条件下生存，那么新产生的癌细胞可能取代其他“旧癌细胞”，成为主导群体。
肿瘤的进化过程非常复杂，并受到许多因素的影响，包括肿瘤的生长方式。但这一点尚未完全了解。
近日，一个名为“Spatial patterns of tumour growth impact clonal diversification in a computational model and the TRACERx Renal study”的研究论文发表在《Nature Ecology and Evolution》上，科学家们利用他们的计算机模型研究了两种类型的肾癌肿瘤的生长：一种是在整个肿瘤中生长的“体积生长模型”，另一种是局限于表面生长的“表面积生长模型”
https://doi.org/10.1038/s41559-021-01586-x
在体积生长模型中出现了两种情况。在一些情况下，在肿瘤早期阶段出现了基因类似的癌细胞群。在另一些情况下，肿瘤没有发展出新的“契合”组，而是原始的“旧癌细胞”仍然占据主导地位。
在表面积生长模型中，表面上形成了各种“契合的”细胞群。研究小组认为，这就相当于一个存在竞争的环境，能够促进这些不同的细胞群以更快的速度进化。
克里克生物分子模拟实验室的博士后研究员，该研究论文的第一作者Xiao Fu说，“我们采用了两种不同的生长模型，并确定了肿瘤如何随时间和空间进化的明显差异。这很难在人体组织中完成，因为它需要从肿瘤的不同部位反复进行多次活检。这些发现只是一个开始，我们希望能够通过这个模型有更多的发现。”
研究人员利用TRACERx肾脏研究中分析的66个肿瘤的数据验证了他们的模型。通过交叉参考模型和肿瘤数据，他们发现不同患者的肿瘤发展速度与不同的生长模型相对应。例如，快速发展的肿瘤符合体积生长模型中在肿瘤早期阶段出现基因类似的“契合的”癌细胞群的情况，而没有进展的癌症病例符合体积生长模型中“旧癌细胞”仍然占据主导地位的情况。
该模型还揭示了不同类型的生长如何影响肿瘤的形状。体积生长肿瘤以更一致的形状向外生长，而表面积生长肿瘤则在表面凸起，“更契合的”癌细胞群就是在那里生长。
Xiao补充说：“这种结构信息可以用来观察肿瘤的进化情况。这还需要做更多的研究，但它可以用来帮助确定肿瘤目前的生长类型，例如，如果早期肿瘤的放射成像显示凸起，这意味着它更有可能是表面积生长肿瘤。这些信息可以帮助医疗团队做出相应的治疗决策。”
体积生长模型（上），表面积生长模型（下）
研究人员还利用他们的模型分析了坏死，也就是肿瘤内组织的死亡对其进化的影响。当坏死出现在表面积生长模型中时，肿瘤迅速发展出更“契合的”的基因不同的细胞群。
克里克生物分子建模实验室的小组负责人Paul Bates说：“计算机模拟对于进一步了解肿瘤如何随时间进化来说是非常有价值的。通过开发这些模型并利用它们来分析癌症如何变化，我们希望找到癌症进展和生长过程中最容易治疗的时期。”
克里克癌症动力学实验室的小组负责人，皇家马斯登NHS基金会信托基金会的顾问肿瘤学家Samra Turajlic说：“癌症患者肿瘤进化的每个实例都是独一无二的，不能‘倒带’，也不会重复，因此很难预测肿瘤沿着特定路径发展的可能性有多大。这就是数学建模可以成为一个强大工具的原因，帮助我们了解我们在真实的肿瘤中观察到的模式是如何形成的。基于信息的数学模型，结合真实的肿瘤的详细临床、分子、组织学和放射学数据，可以让我们有更深的见解，从而使患者受益。”
克里克肿瘤细胞生物学实验室的小组负责人Erik Sahai说：“技术进步意味着我们现在拥有比以往更多的癌症患者的信息，挑战在于破解这些信息以造福患者。这需要非常有才能的人，能够跨学科工作，既能够参与临床医生的工作，又能够和科学研究人员一起进行研究。”
研究人员将继续开发他们的模型，并用它来更好地了解肿瘤的进化。
参考资料：
https://medicalxpress.com/news/2021-12-scientists-tumours-impacts-genetics.html
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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