Nature：新研究开发出新型微型结肠，有望引起结直肠癌研究变革

在一项新的研究中，来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员在癌症研究领域取得了一项突破性进展，他们在实验室中培育出了能够准确模拟结直肠肿瘤发生过程的微型结肠（mini-colon），从而为研究和测试该疾病的治疗方法提供了一种强大的新工具。相关研究结果于2024年4月24日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Spatiotemporally resolved colorectal oncogenesis in mini-colons ex vivo”。

随着抗癌斗争的不断深入，寻找更复杂、更逼真的模型来研究肿瘤的发展变得前所未有的重要。迄今为止，研究一直依赖于动物模型和简化的细胞培养方法，这些方法虽然很有价值，但却无法完全捕捉到肿瘤发生过程中多种因素之间复杂的相互作用。即使是更新、更先进的癌症研究模型，比如类器官组织（organoids）——实验室培养的微小器官版本，也无法忠实复制实际肿瘤中的细胞行为和组织结构。这一差距极大地阻碍了我们对癌症发生、进展和治疗反应的复杂过程的理解，因此需要更复杂的模型来准确模拟疾病的复杂性。

在癌症建模的一次重大飞跃中，科学家们将微细加工和组织工程技术结合起来，开发出了微型结肠组织，可以高保真地模拟体外肿瘤发生的复杂过程，产生与体内肿瘤非常相似的肿瘤。

Luis Francisco Lorenzo Martín、Tania Hübscher和洛桑联邦理工学院Matthias Lütolf研究团队的其他成员取得了这一突破，洛桑联邦理工学院Freddy Radtke研究团队和罗氏人类生物学研究所的同事们也为这一突破提供了帮助。

这种微型结肠在拓扑生物学上是复杂的，这意味着它们不仅复制了结肠组织的物理结构，包括其独特的隐窝和腔体结构，而且还模拟了实际结肠组织在健康和疾病状态下的细胞多样性。

光遗传学：开启癌症

这种微型结肠的另一个重要特征是，它们可以被“随意”诱导在目标区域长出肿瘤，这对于癌症研究来说是一大优势。这些作者能够利用“光遗传学”打开诱导性的致癌基因。这种前沿技术利用光来控制基因表达等生物过程。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07330-2

通过将蓝光反应系统集成到这种微型结肠中，这些作者使它们发生了可控的致癌基因突变，从而以前所未有的细节揭示了肿瘤的演变过程。这种光遗传学方法使得他们能够诱导微型结肠内特定细胞群体发生有针对性的变化，从而模拟结直肠癌在体内局部发病的过程。

Lütolf说，“从本质上讲，我们用光在健康的生物工程结肠上皮类器官（colon epithelial organoids）中以时空控制的方式开启致癌驱动突变，从而触发肿瘤发生。这基本上可以让你实时观察肿瘤的形成，并对一个很难在小鼠身上研究的过程进行非常详细的分析。”

在微型结肠中用光线触发这些基因变化的能力，不仅可以更可控、更精确地激活这些致癌基因，还为实时研究肿瘤产生的动态过程和细胞对这些突变的反应提供了一个强大的工具。光遗传学的这一创新应用为剖析癌症的分子和细胞机制开辟了新的可能性。

通过操纵遗传和环境条件，这些作者还能在微型结肠中复制和观察一系列肿瘤行为，甚至确定了影响癌症进展的关键因素，比如与干细胞特征和肿瘤生长有关的蛋白GPX2。

这项研究为探索结直肠癌的内在机制和测试潜在疗法提供了一种有力的新工具，尤其是在应用于人类患者衍生组织时。这种微型结肠模拟肿瘤动态的能力可以减少我们对动物模型的依赖，从而加快有效疗法的发现和开发。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

L. Francisco Lorenzo-Martín et al. Spatiotemporally resolved colorectal oncogenesis in mini-colons ex vivo. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07330-2.

Mini-colons revolutionize colorectal cancer research
https://actu.epfl.ch/news/mini-colons-revolutionize-colorectal-cancer-resear/