将大大加快癌症治疗的研究进程,这种植物水凝胶成本低廉,不含动物成分,可以在培养皿上模拟人体的环境。
随着我国人口老龄化程度越来越高、工业化和城镇化进程的不断加快,以及慢性感染、不健康生活方式等危险因素的累加,癌症防控形势越来越严峻。
美国癌症学会官方期刊发表的《2018年全球癌症统计数据》显示,我国癌症发病率、死亡率均为全球第一!在1810万新增癌症病例中,我国占380.4万例。在960万癌症死亡病例中,我国占229.6万例。两者分别占全球的23.7%和30.2%。食管癌、胃癌、肝癌等发病和死亡约占全球的一半。这组数据意味着:全球每新增的100个癌症患者中,就有21个中国人。
2019年1月,中国国家癌症中心发布了最新一期的全国癌症统计数据。报告显示,2015年全国恶性肿瘤发病约392.9万人,较2014年的380.4万增加12.5万,增长率为3.2%。这意味着,平均每天超过1万人被确诊为癌症,每分钟有7.5人被确诊为癌症,将近5人死于癌症!随着预期寿命延长,每个人一生中得癌症的概率也持续升高。当预期寿命达到85岁时,每个人约有36%可能确诊癌症。在不久的将来,每3个人中将有1人患癌症。
面对这样触目惊心的数据,抗癌已经成为中国乃至全人类医学上的最大课题。数据显示,从2009年到2018年十年期间,在中国大陆,共计对751种新型抗癌药物进行了1493项试验。而根据2019年初国家癌症中心报告,我国每年所需的肿瘤相关医疗花费超过 2200 亿元。虽然在过去的十余年里,我国癌症生存率呈逐渐上升趋势,目前癌症5年相对生存率约为40.5%,与十年前相比,提高了约10个百分点,但与欧美发达国家相比还有很大差距。中国抗癌药物的研究还任重而道远。
值得庆幸的是,最近澳大利亚蒙纳士大学的研究人员创造了一种生物活性植物基纳米纤维素水凝胶,能用于支持类器官(organoid)的生长,有助于显著降低癌症,甚至是新冠病毒研究的成本。
这一发现由澳大利亚生物资源处理研究所(BioPRIA)、蒙纳士大学化学工程系和蒙纳士生物医学发现研究所的研究人员共同完成,将有望开发出更便宜、生长更快和更符合伦理的类器官。这种水凝胶还有助于改善传染病的药物筛选和疾病模型,如新型冠状病毒,还能治疗肥胖症和糖尿病等代谢性疾病,以及癌症。
这一发现发表在《尖端科学》(Advanced Science)杂志上,在类器官培养领域是一项很有前途的发现,能帮助全世界的研究者进行基本的实验室测试。在通过额外的测试之后,这种水凝胶可以在不到12个月内提供给世界各地的研究人员和医务工作者。
纳米纤维素凝胶每使用10毫升只需几美分,而目前的费用标准是600美元以上。最重要的是,纳米纤维素凝胶完全以植物为基础,防止了在后期医学测试中使用动物器官和未知生物分子的问题。
蒙纳士大学化学工程系的澳大利亚生物资源处理研究所的吉尔·加尼尔(Gil Garnier)教授和罗德里戈·可维洛(Rodrigo Curvello)博士领导了这项研究。
澳大利亚生物资源处理研究所的主任加尼尔教授说:“类器官为生物医学的关键应用——比如药物筛选和疾病建模——提供了可靠的模型。但目前使用的方法仍然是昂贵的,而且充满了生物化学方面的变量和不确定性。”
“这些都是基础研究以及把类器管应用于临床的主要障碍。为了大幅度降低成本和消除未知生物分子的不可靠性,需要能够维持类器官系统的替代基质。由于纳米纤维素水凝胶是不含动物成分的,与目前使用的方法不同,它的成分是完全可控和可重复的,并能完全模拟人体的环境。”
类器官(organoid)是在体外培养的人体器官的三维小型简化版本,可以复制完整器官的行为和功能。它通常被称为“培养皿中的器官”或“微型器官”,是研究基本生物过程的极佳工具。通过类器官,我们可以了解细胞如何在器官中相互作用,疾病是如何影响它们的,以及药物在对抗疾病中起到的效果。
类器官多取自于胚胎、成体、多功能或诱导性多功能干细胞,以及原始的健康组织或癌组织。为了能长期使用,类器官通常被嵌入从小鼠肉瘤重组基底膜中。目前,类器官培养依赖于这种昂贵且充满不确定性的肿瘤衍生材料,阻碍了其在高流量筛选、再生医学和临床诊断中的应用。
可维洛博士说道:“我们的研究基本上能用一种基于植物的纳米纤维素水凝胶来复制小鼠小肠的类器官的生长。它基本上是由99.9%的水和仅0.1%的固体组成的,用单细胞的粘附肽进行功能化。纤维素纳米纤维与盐相连,这些盐提供了小肠类器官生长和增殖所需的微环境。”
“经过设计的纳米纤维素凝胶是一种帮助类器官生长的可持续的替代品,有助于降低全球关注疾病的研究费用,特别是在发展中国家。”
希望在不久的将来,蒙纳士大学的新型植物凝胶能广泛应用于癌症及传染病实验领域,并在全球研究者的努力下,让癌症不再是“绝症”,而是可防可治的普通疾病,让大家不再“谈癌色变”!
