腫瘤由薄壁組織中惡性和正常細胞的異質混合物組成，其開窗具異常結構的基質。所有類型的癌癥所表現(xiàn)出的患者間甚至腫瘤間或腫瘤內的變異性，使藥物的設計和測試成為具有挑戰(zhàn)性的前景。

預測癌癥療法的功效和毒性是建立新藥和設計治療方案的關鍵，因此研究人員開發(fā)了多種癌癥模型，可以在體外和體內水平分析各個方面。

體外癌癥模型
致癌基因是一些基因，如果被允許失去控制，有可能導致癌癥，通常是因為它們控制細胞的功能，例如生長或有絲分裂。腫瘤抑制基因具有相反的功能，參與諸如誘導受控細胞凋亡的任務。這些類型的一種或兩種基因的突變會導致不受控制的細胞生長，癌癥。

癌細胞基因組的不穩(wěn)定性質會通過增加增殖，減少轉錄檢查和混亂的表觀基因組迅速產生具有其他突變的后代。自然選擇在各種各樣的癌細胞中發(fā)揮著作用，那些在繁殖和適應當?shù)匚h(huán)境方面最成功的人在該地區(qū)的人口越來越多。

研究人員開發(fā)臨床前癌癥模型的主要目的是在維持這種環(huán)境的同時測試藥物對具有代表性的異類細胞群的功效。

體外癌細胞培養(yǎng)由于其可靠性，低成本和易安裝性，在藥物測試中通常已使用了數(shù)十年。在將已知數(shù)量的細胞放入2D孔中并添加已知數(shù)量的藥物之前，允許這些細胞培養(yǎng)物增殖至匯合。

在設定的時間段后，存活細胞的剩余百分比是藥物細胞毒性的直接證據(jù)，從而使研究人員能夠確定哪種藥物最有效和最有效。將其他分析技術與此2D細胞培養(yǎng)方法結合使用，可以幫助確定藥物進入細胞，隨后相互作用以及引起所觀察到的效果的方式。但是，二維細胞培養(yǎng)不能捕獲體內觀察到的真實環(huán)境，因此不能用于可靠地推斷出有關組織在三維環(huán)境中如何對藥物產生反應的大量信息。

3D培養(yǎng)嘗試維持體內發(fā)現(xiàn)的細胞間接觸，同時也復制腫瘤微環(huán)境的其他方面（例如基質），有時被稱為類器官。這些培養(yǎng)物通常是通過對患者進行活檢并在富集的培養(yǎng)基中生長組織而制成的，這些培養(yǎng)基在三個方向上生長并在腳手架的幫助下復制原始的組織結構。

現(xiàn)代微流控技術允許介質圍繞類器官流動并通過類器官流動，以緊密復制動態(tài)的體內環(huán)境。類器官可能需要花費數(shù)月的準備時間，并且難以大量培養(yǎng)，因此，維持腫瘤三維結構的另一種方法是收集器官型腫瘤切片。

器官切片的腫瘤切片是由活檢樣品產生的，該切片被切成約200 μm的切片。然后將切片單獨或成組培養(yǎng)，將天然腫瘤環(huán)境維持數(shù)周，在此期間可以進行測試。通過這種方法可以維持細胞異質性，以及由于快速增殖的癌細胞產生的偏倚而使類器官無法復制的腫瘤微環(huán)境和細胞外基質的其他方面。

Sivakumar等人對這兩種方法的比較。（2019）指出，兩者對大多數(shù)應用藥物都表現(xiàn)出相似的反應，一個顯著的例外是腫瘤切片顯示出對血管內皮生長因子受體抑制劑藥物萬德他尼的更高敏感性。該藥物通過限制血管生成來發(fā)揮作用，解釋了針對類器官模型的作用減弱，因為該藥物僅靶向腫瘤切片中發(fā)現(xiàn)的內皮細胞。

體內癌癥模型
盡管體外測試可以對藥物進行高通量篩選，但生物系統(tǒng)的全部復雜性仍然難以復制。現(xiàn)代高端體內測試可以從患者身上進行活檢，然后將其皮下植入活體動物上。使用活檢材料可以維持原始腫瘤的結構和基因表達，從而使研究人員可以檢查藥物對腫瘤和活體宿主的作用。
生物標志物
關鍵生物標志物的識別和跟蹤是臨床前建模的強大工具。根據(jù)特定的癌癥類型，考慮到導致不受控制的生長和腫瘤位置的突變，細胞可能會產生或過度表達多種分子。生物標志物可以是基因，蛋白質或小分子的形式，并且每種標志物都可以提供有助于診斷和預后癌癥的信息。

使用諸如熒光顯微鏡之類的技術在體外或體內實驗過程中跟蹤這些生物標志物，可提供有關細胞動力學和作用機制的信息。相對于簡單地讀取細胞活力或腫瘤塊（分別在體外或體內測試的情況下），這是有利的，因為可以識別影響作用機理的因素。

人們一直在尋找和發(fā)現(xiàn)可用于量化細胞功能和對藥物反應各個方面的生物標志物，這些生物標志物在預測功效和安全性方面具有不可估量的價值。

資料來源
Liu，J.，Dang，H.＆Wang，XW（2018）肝癌中腫瘤間和腫瘤內異質性的意義。實驗與分子醫(yī)學，50. https://www.nature.com/articles/emm2017165
Dhandapani，M.和Goldman，A.（2017）用于藥物開發(fā)的臨床前癌癥模型和生物標志物：新技術和新興工具。分子生物標志物和診斷雜志，8（5）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5743226/
Li，X.，Valadez，AV，Zuo，P.＆Nie，Z.（2014）微流體3D細胞培養(yǎng)：基于組織的生物測定的潛在應用。生物分析，4（12）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3909686/
Sivakumar，R。等。（2019）器官型腫瘤切片培養(yǎng)提供了免疫腫瘤學和藥物發(fā)現(xiàn)的多功能平臺。腫瘤免疫學，8（12）。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6844320/