精確定位腫瘤細胞位置并以此探究腫瘤生物學的詳細圖譜，可以讓研究人員更好地了解癌癥的發展，并為潛在的治療方式提供線索。
近日發表于《自然》的12篇論文中，人類腫瘤圖譜網絡計劃（HTAN）的研究人員分析了來自人類和動物組織的數十萬個細胞，并繪制了超精確腫瘤細胞3D圖譜，同時創建了“分子鐘”追蹤導致癌癥的細胞變化。
大量論文描繪了一系列癌細胞的生物學和位置，包括結腸癌。圖片來源：Steve Gschmeissner/Science Photo Library
“這些新工具使我們能夠從不同視角看待癌癥，并且是看到以前看不到的東西。”美國范德比爾特大學醫學中心的計算細胞生物學家Ken Lau說。
在一些研究中，研究人員創建了能夠以單細胞分辨率研究腫瘤的圖譜。他們分析了6種癌癥的131個樣本中的細胞組織，包括乳腺癌、結腸癌、胰腺癌和腎臟癌。研究發現，同一腫瘤中的不同區域對藥物的反應有所不同。而了解各種癌癥細胞簇對治療的反應可以幫助研究人員設計更有效的治療方法。
其他研究則使用3D圖譜來研究結腸息肉樣本。研究人員發現，息肉細胞中的分子變化，包括DNA連接的丟失和基因活性的改變，以及早期發生的免疫反應、細胞生長和激素代謝的變化，可能導致息肉細胞癌變。
美國麻省理工學院的干細胞生物學家?mer Yilmaz表示，針對這些變化的治療方法可以使癌癥治療和早期健康干預更加有效。“癌癥的最佳治療方法是預防。如果我們能夠了解不同細胞群體對環境和飲食的反應，可能會找到更好的預防或檢測方法。”
其他圖譜則提供了一些線索，說明為什么某些癌癥類型的治療比其他類型更具挑戰性。“例如，免疫療法不直接靶向癌細胞，而是幫助免疫系統消除它們，對癌癥的治療效果較差。”美國丹娜-法伯癌癥研究所的醫生兼科學家Daniel Abravanel說。
為了調查原因，Abravanel和同事利用來自60名侵襲性乳腺癌患者的數十份樣本，創建了一個腫瘤3D圖譜。他們研究了免疫細胞的分布，發現在某些腫瘤中某些類型的免疫細胞比其他類型的更常見，特別是在接受免疫治療的人群中。
研究發現，相隔70至220天的同一腫瘤活檢顯示，免疫細胞T細胞和巨噬細胞的水平存在差異。美國范德比爾特-英格拉姆癌癥中心的基因組學乳腺癌研究人員Brian Lehmann說：“這顯示了免疫微環境的動態性，解釋了為什么試圖在單一時間點通過一次活檢來描述腫瘤特征和預測，對免疫檢查點療法的反應的結果不一致。”
其他實驗則揭示了細胞最初是如何癌變的。在結直腸癌的研究中，Lau和同事設計了一個“分子鐘”來跟蹤正常細胞如何在腸道中開始失控并增殖的。他們使用單細胞分析和基因編輯CRISPR工具在每個細胞的DNA中產生突變。這些突變就像時間戳一樣，記錄了每個細胞的變化和分裂的時間軸。
Lau團隊將這種方法應用于418個人類結腸息肉，發現高達30%的息肉起源于幾種細胞類型，而不是單一細胞。在60%的息肉中，隨著息肉的生長，一組細胞開始“超過”其他細胞發展成腫瘤。他們在小鼠身上進行了兩項類似研究，包括對來自112個腸道組織樣本的260922個單細胞的分析，也發現混合細胞共同引發結直腸腫瘤。
這些發現推翻了之前認為結腸癌起源于腸道內層單個流氓細胞的觀點，并可能為早期診斷和干預提供更多機會。
