生物医学工程助理教授Leonard Harris领导了来自范德堡大学的研究团队，他们展示了肿瘤异质性或多样性的体外模型如何解决癌症细胞中细胞状态可变性的三个不同来源。这篇论文发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上。
异质肿瘤是由许多不同类型的癌细胞组成的肿瘤。通常，这些细胞有不同类型的基因突变，并在肿瘤中共存。肿瘤的多样性使得癌症难以治疗。
哈里斯解释道:“这就像是一个多元化团队的成功。“一个由来自不同背景、年龄、职业生涯阶段等的人组成的团队往往更善于解决问题，因为团队成员提供了不同的观点。”
在肿瘤中，不同的细胞对药物治疗的反应不同。有些细胞能够存活下来，使肿瘤再生并扩散，这就是为什么哈里斯和他的团队继续研究存活下来的癌细胞与其他肿瘤细胞不同的方式。
但是，基因突变并不是癌细胞相互区别的唯一方式。拥有完全相同DNA的细胞可以以非常不同的状态存在。例如，你的皮肤细胞和肝细胞拥有完全相同的DNA，但它们的功能却非常不同;这是表观遗传异质性的一个例子。此外，当一个皮肤细胞分裂时，它会产生两个皮肤细胞。这些细胞不会从DNA遗传皮肤细胞状态;它必须通过其他方式来实现。正是这种非遗传形式使这个过程成为表观遗传。
癌细胞也因每个细胞内分子数量的随机波动而有所不同:分子之间随机相互作用、降解、由细胞合成、分泌到细胞内外等等。这种非遗传异质性称为随机变异性，与表观遗传过程不同，它是不可遗传的。这似乎不是什么大事，但研究人员已经表明，随机可变性可以产生重大影响。
论文中报道的实验和计算工作是范德比尔特大学与科里E.海福德、达伦R.泰森、C.杰克罗宾斯III、彼得L.弗里克和维托Quaranta合作完成的，并激发了许多额外的研究项目。它现在是哈里斯大学实验室的基础。
“癌症通常被称为一种‘遗传疾病’，”这意味着它是由DNA关键部分的突变引起的，导致细胞生长失控，”哈里斯说。“这导致了数十年的癌症遗传学研究，并取得了重大进展，包括开发了许多针对所谓的‘驱动癌基因’的治疗药物。”虽然这些靶向药物在短期内非常有效，但它们几乎普遍失败，患者的肿瘤在几个月到几年内会复发。这使得许多研究人员开始考虑非遗传过程在肿瘤对药物的反应中所起的作用。”
模型和实验技术被用来区分肺癌细胞之间的三种不同来源的变异性:遗传，表观遗传和随机。如上所述，表观遗传变异和随机变异是不同类型的非遗传变异。表观遗传上不同的细胞看起来不同，就像上面例子中的皮肤细胞和肝细胞，而随机不同的细胞看起来几乎相同，但可能完全不同。
Harris说:“将基因与非基因、表观遗传与随机因素区别开来，对于开发新的疗法至关重要，这种疗法可以在肿瘤细胞有机会获得基因耐药性突变之前杀死它们。”“它们都以不同的方式促进肿瘤药物反应。”
以前已经提出了一个区分肿瘤中遗传和非遗传来源异质性的框架，但由于缺乏强有力的实验证据，尚未在癌症研究团体中被广泛接受。该团队的论文为这个框架提供了强有力的支持。
本文的分析特别适用于egfr突变的非小细胞肺癌。哈里斯的实验室目前也在将这些想法应用于其他癌症类型，包括小细胞肺癌、黑色素瘤和骨转移性乳腺癌。
哈里斯说:“在我的实验室里，我们正在构建癌症细胞分子网络的计算模型，这些模型会导致不同的表观遗传状态，通过这些状态，细胞可以过渡到药物治疗后存活下来。”“我实验室研究的长期目标是扩展这些模型，直到它们足够详细，可以作为虚拟平台测试各种药物的效果，并识别新的药物靶点。”
通过构建这些所谓的“数字双胞胎”，人们希望有一天可以利用它们在真实患者肿瘤样本模型上进行虚拟药物筛选，然后为这些患者设计个性化的治疗方案。这将需要与亚利桑那大学的生物信息学家、实验学家和临床医生，以及位于小石城的阿肯萨斯大学医学科学学院的温斯洛普·p·洛克菲勒癌症研究所和其他地方建立合作关系。哈里斯说:“希望这篇论文的发表将有助于激发一些这种合作。”
