科技日报记者 张梦然
癌症最危险的一步，不是它从哪里长出来，而是它去了哪里。
图片由AI生成
当癌细胞离开最初的肿瘤，钻进血管，顺着血液流到骨骼、肺部、肝脏这些远处的器官，在那里重新扎根、生长——这个过程叫做转移。根据挪威癌症登记数据的统计，实体瘤导致的癌症死亡中，大约2/3都与转移有关。换句话说，绝大多数癌症病人并不是被原发的肿瘤夺去生命，而是死于癌细胞在身体各处播下的种子。
然而，几十年来针对转移阶段开发的药物，大多数都在临床试验中失败了。一个重要原因是科学家缺少能够真实复现人类转移过程的实验室模型。动物模型当然很有价值，但人类与老鼠之间的生物学差异摆在那里：一种药在小鼠身上效果显著，换到人身上却可能毫无反应。这个问题困扰了学界很多年。
不过，美国哥伦比亚大学科学家采取了一个全新的解决方案：一块指甲盖大小的芯片，上面承载着人造的人类骨骼和肺组织。这是第一个能够在实验室里完整再现癌细胞从血管流向远端器官、并完成定植全过程的多器官芯片。
科学家们先用诱导多能干细胞，分别培育出毫米级的人类骨骼组织和肺组织——这两个器官正是乳腺癌最容易转移的部位。他们还制造了一层模拟血管的内壁，所有这些组织被安置在芯片上，彼此独立又相互连通；中间由一套微流控管道模拟血液循环；独特的内皮屏障将组织与血管隔开，就像在人体里一样，只允许特定的细胞和分子通过。
当乳腺癌细胞被注入循环管道之后，芯片开始演示微观世界的变化：癌细胞随血流抵达内皮屏障，试图附着上去，挤过缝隙，穿透防线，最终进入组织腔室。这一步叫做器官定植，是整个转移过程中最关键、也最难被直接观察的阶段。
芯片给出的结果令人印象深刻。那些天然倾向于侵袭骨骼的癌细胞亚群，在骨组织腔室里大量聚集，并引发了明显的骨质破坏；而那些偏好肺部的癌细胞亚群，则主要在肺组织腔室里肆虐，对骨骼的影响十分有限。两种情况下，癌细胞分泌的信号分子也完全不同。芯片捕捉到的不是随机事件，而是真实的器官特异性转移倾向，也就是对肿瘤生物学里那句经典比喻的描述：“种子”如何在最合适的“土壤”里生根发芽。
科学家还在芯片上观察到了一个此前难以在实验室中复制的现象：癌细胞在正式定植之前，会先释放一些信号分子，对远处的骨骼或肺组织进行“预处理”，让这些器官变得更容易接纳自己。这个过程被称为转移前生态位形成。在患者体内，由于多种生物学事件同时发生，几乎不可能把它单独分离出来研究。但在芯片的可控环境里，这一幕被清晰记录了下来。
对于医生来说，下一步可用患者自身的细胞来构建这套平台，从而回答一个非常个性化的问题：为什么这位患者的癌症转移到骨骼，而另一位患者的却袭击肺部？
转移是一条环环相扣的链条，每一个环节都可能成为药物拦截的目标。现在，科学家得以逐环拆解这个致命链条，看清癌症最狡猾的一步究竟是怎样发生的。
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