美国塔夫茨大学的研究人员近日在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上报道了一套几乎可以模拟人脑微环境，包括重要的脑细胞外基质（ECM）成分的3D肿瘤培养系统。通过这套系统，研究人员可以检测不同的脑细胞外基质成分，确定它们对肿瘤发展的影响，以及肿瘤对不同药物治疗后的反应等，为脑瘤生物学和肿瘤药理反应的研究带来了巨大的推动。

许多脑肿瘤预后不佳，尤其是胶质母细胞瘤（GBM）和儿童肿瘤，如室管膜瘤。这些肿瘤的全基因组分析显示，其肿瘤亚型和肿瘤内异质性增加。通常，恶性脑肿瘤中存在的特异性脑细胞外基质的动态变化可以作为肿瘤亚型和异质性变化检测的一个评定标准，但是因为缺少在体外检测时所需的相应的脑细胞外基质成分，使脑细胞外基质的相关研究变得狭窄，想要发现患者体内肿瘤的状态变化及异质性增加等现象也是愈发困难。

细胞外基质是通过影响细胞骨架几何结构和染色质-核基质相互作用来指导细胞内的基因表达模式。已有研究显示，脑细胞外基质中的蛋白质组成可以影响肿瘤细胞在大脑中的进一步扩散，而肿瘤细胞与周围脑细胞外基质之间存在“动态互惠”关系，它可以反过来影响脑细胞外基质的组成变化。

现有3D脑肿瘤模型主要是脑细胞外基质对肿瘤生长的机械性研究，缺乏对体内肿瘤亚型和异质性的研究。此外，一些患者衍生的3D肿瘤模型又缺乏大脑特异性的细胞外基质，在一定程度上限制了其对脑肿瘤的生物学研究。真实的肿瘤细胞和包含微环境的脑细胞外基质是模拟脑肿瘤模型的充分条件。

在这项研究中，研究人员建立的含有脑外细胞基质成分的3D肿瘤培养系统是从患者的原发肿瘤细胞中分离并进一步繁殖，不同与之前建立的肿瘤细胞培养系统，在一定程度上能够模拟人脑微环境。此外，3D肿瘤培养系统通过非侵入性双光子激发荧光代谢成像技术（TPEF）可以实时追踪和观察肿瘤细胞的3D生长状态，为研究肿瘤细胞对药物反应的动态变化提供了时空信息。