体积增长模型(上)和表面增长模型(下)下的典型计算机内肿瘤
荣誉:弗朗西斯·克里克研究所 UCL弗朗西斯·克里克研究所、皇家马斯登国民保健服务基金会信托基金和伦敦癌症研究所的研究人员开发了一种计算机模型，分析肿瘤生长的方式如何影响其基因组成
利用这种新模型，他们已经确定了肿瘤生长和形状之间的联系，以及患者的癌症发展速度
随着癌细胞变异，一些人通过变异获得优势，这使得他们更有可能存活、分裂并创造一群“更健康”的细胞
例如，如果它们进化到在营养或氧气供应不足的条件下生存，这一群体可能会超越其他群体成为主导
这一肿瘤演变过程非常复杂，受到许多因素的影响，包括肿瘤如何生长
但是还没有完全理解
在他们发表在《自然生态与进化》杂志上的研究中，科学家们用他们的计算机模型研究了两种类型的肾癌肿瘤生长:一种是整个肿瘤生长一致的“体积生长模型”，另一种是生长仅限于表面的“表面生长模型”
在数量增长模型中出现了两种情况
在某些情况下，一个单一的“合适的”遗传相关癌细胞群在肿瘤早期出现
在另一些病例中，肿瘤并没有发展成新的“适合”组，而是原始的亲代癌细胞组仍然占优势
在表面生长模型中，存在广泛的遗传多样性，不同组的“适合”细胞在表面上形成
该团队认为，这创造了一个竞争环境，不同的细胞群被推动进化得更快
克里克生物分子模型实验室的第一作者和博士后研究员付晓说，他们“采用了两种不同的生长模型，我发现了肿瘤在时间和空间上进化的明显差异
这在真实组织中很难做到，因为它需要从肿瘤的不同部位重复进行多次活检
这些发现只是我们希望用这个模型揭示的事情的开始
" 研究人员使用通过TRACERx肾脏研究分析的66个肿瘤的数据验证了他们的模型
通过交叉参考模型和肿瘤数据，他们发现不同的真实肿瘤发展速度对应不同的生长模型
例如，快速发展的肿瘤符合体积生长模型，其中从早期开始就存在一组“合适”的细胞
而没有进展的病例符合亲代细胞群仍然占优势的体积增长模型
该模型还提供了不同类型的生长如何影响肿瘤形状的见解
体积生长肿瘤以更一致的形状向外生长，而表面生长肿瘤在表面显示出凸起，在那里“更适合”的组正在生长
肖补充说，“令人兴奋的是，这些结构信息如何被用作了解肿瘤演变的窗口
需要更多的研究，但它可以用来帮助确定肿瘤正在经历什么样的生长，例如，如果早期肿瘤的放射成像显示隆起，这意味着它更有可能经历表面生长
这些信息可以帮助医疗团队和治疗决策
" 研究人员还用他们的模型分析了肿瘤内组织坏死对其进化的影响
当坏死出现在表面生长模型下时，肿瘤很快发展成更“适合”的遗传上不同的细胞群
论文作者、克里克生物分子建模实验室的组长保罗·贝茨说，“计算机模拟对我们进一步了解肿瘤如何随时间演变极其有价值
通过开发这些模型并利用它们来分析癌症是如何变化的，我们希望找到癌症在进化和生长过程中最容易受到治疗的时期
" 克里克癌症动力学实验室的作者和组长、皇家马斯登国民健康服务基金会信托基金的肿瘤顾问萨姆拉·图拉里克说，“关于癌症行为的最重要的观察是通过对患者肿瘤的分析收集的，因为它们反映了实际癌症演变的时间尺度和复杂性
然而，患者癌症演变的每一个实例都是独特的，不能重复，使得很难预测肿瘤沿着特定路径发展的可能性有多大
“这就是数学建模可以成为帮助我们理解我们在真实肿瘤中观察到的模式是如何产生的强大工具的地方
知情的数学模型与来自真实肿瘤的详细临床、分子、组织学和放射学数据相结合，可以带来关键的见解，转化为患者的利益
" 克里克肿瘤细胞生物学实验室的作者和组长埃里克·萨海说:“技术的进步意味着我们现在比以往任何时候都有更多关于单个癌症的信息，挑战是为了患者的利益解码这些信息
这需要能够跨学科工作的高才能人才，同时需要临床医生和“基础”研究人员的参与
克里克的建立促进和鼓励了这些互动，看到这样的工作成果令人欣慰
" 研究人员将继续开发他们的模型，并使用它来更好地理解肿瘤的演变
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