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PNAS:只要2周,就能准确预测抗癌药疗效

2017/08/23 来源:学术经纬
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导读
8年前,发育生物学家丽塔·菲奥尔(Rita Fior)教授从她的母亲这儿学到了惨痛一课——罹患癌症的母亲接受了许多种药物的治疗,但她们不知道这些药是不是管用,也不知道哪一个药更好。在丽塔看来,药物的选择更像是一个医生决定的随机过程。只有运气好的那些患者,才能得到最有效的治疗……

本文转载自学术经纬微信公众号

药明康德/报道

8年前,发育生物学家丽塔·菲奥尔(Rita Fior)教授从她的母亲这儿学到了惨痛一课——罹患癌症的母亲接受了许多种药物的治疗,但她们不知道这些药是不是管用,也不知道哪一个药更好。在丽塔看来,药物的选择更像是一个医生决定的随机过程。只有运气好的那些患者,才能得到最有效的治疗。


发育生物学家丽塔·菲奥尔教授(图片来源:ResearchGate)

“这是一个很大的问题。” 丽塔说。

如今,丽塔有望能亲手解决这一难题。利用移植了人类肿瘤的斑马鱼,她能很好地预测不同药物的疗效。这项研究发表在了重磅学术期刊《PNAS》的“先行版”上。

正如丽塔所言,目前,很少有医生会进行抗癌化疗的个体化测试。给患者使用哪种疗法,很大程度上只是参考在临床上的成功率。然而,对大部分患者起效的疗法,未必对特定患者起效。如果采取了错误的疗法,不但会给患者带来治疗的副作用,还会延误采取有效疗法的时机。


目前,小鼠是癌症药物测试中的“人类替身”(图片来源:CBS News)

为了克服这一难题,科学家们想到了动物模型。在一些个体化测试中,医生会将人体内提取的肿瘤移植到小鼠中,并测试抗癌药物在小鼠中的疗效。通过小鼠模型,研究人员能同时测试多种药物的效果。由于小鼠与人类同属哺乳动物,这种实验有很好的参考价值。然而,这是一项非常耗时的测试——肿瘤需要几个月的时间才能在小鼠身上稳定生长,患者们等不起。此外,这项实验也非常昂贵。

人们想到了另一种模式动物——斑马鱼。斑马鱼在生物学中得到了非常广泛的应用,也是最常被研究的动物之一。丽塔与她的同事们想到,为什么我们不用斑马鱼来测试抗癌药物的活性呢?斑马鱼的生长速度很快,且成本低廉。如果把斑马鱼改造成个体化抗癌疗法的评估系统,或许就能快速为患者找到最为靠谱的药。


斑马鱼会成为测试抗癌药物效果的全新模型吗?(图片来源:维基百科)

许多人都觉得丽塔是异想天开。人类与斑马鱼的亲属关系太远了,这样的系统怎么可能成功呢?可丽塔偏不信这个邪。她说:“我们有了那么多技术,甚至都能把人送上月球,但我们还是不知道,哪个药对特定患者的特定肿瘤是最有效的。”于是,她决定放手一搏。

首先,她和团队测试了人类的肿瘤细胞是否能被顺利移植入斑马鱼。研究人员小心翼翼地将人类结直肠癌细胞植入了斑马鱼的胚胎,然后观察这些细胞的变化。大约4天后,他们观察到了令人惊喜的现象:这些植入斑马鱼的人类肿瘤细胞,开始表现出人类实体瘤的经典特征。它们不断快速分裂,生成大量提供营养的血管,并且能够往身体其他部位进行转移。这个发现扫除了一大障碍!现在我们知道,人类癌症细胞同样能在斑马鱼里生长。


人类的肿瘤(红色)能在斑马鱼(绿色)体内正常生长(图片来源:CCU)

那么,这些生长出来的癌细胞,能用来评估不同药物的疗效吗?研究人员进行了进一步的尝试。他们在培养斑马鱼的水中加入了多种常见的化疗药物,然后发现一些斑马鱼的肿瘤有所缩小,而另一些斑马鱼的肿瘤无动于衷。这个结果表明斑马鱼模型的确可以区分有效和无效的药物。

最后,研究人员进行了终极测试——他们要确保这个系统在人类患者身上有应用价值。为了测试这个想法,研究人员们从5名不同患者身上提取出了结直肠癌的细胞,并以此搭建了这5名患者的癌症模型。随后,他们斑马鱼身上,应用了患者接受的化疗。研究表明,该系统的准确度达80%——有4名患者的模型预测结果,与他们的实际反应一致。那些未能从抗癌药物中受益的斑马鱼,其对应的患者在手术与化疗后,癌症很快复发。


丽塔的合作者米格尔(图片来源:A Voz do Algarve)

“我们首次表明,斑马鱼和小鼠对于抗癌疗法有着类似的反应。”丽塔的合作者米格尔·格迪尼奥·费雷拉(Miguel Godinho Ferreira)教授说道。考虑到斑马鱼的模型只要两周就能快速搭建,它也许能成为化疗效果的快速预测工具。丽塔则指出,她与同事们开发的斑马鱼系统,能与小鼠系统形成很好的互补——斑马鱼能提供快速的指南,而小鼠则有望提供更精准的结果。

另一些科学家也对这项研究赞赏有加:“建立1000名患者的小鼠模型在操作上是不现实的,但在斑马鱼里构建模型,就要容易得多。”

我们期待科学家们能进一步完善这个系统,让它能稳定运作,早日为癌症患者找到更有疗效的疗法,为他们带来福音。

点击“阅读原文”,即可访问《科学》杂志的相关新闻报道页面。

参考资料:

[1] Zebrafish implanted with a cancer patient’s tumor could guide cancer treatment

[2] Zebrafish larvae could be used as 'avatars' to optimize personalized treatment of cancer

[3] Zebrafish Avatars Predict Tumor Response to Therapy

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