体外模型需要重现哪些空间特征
2024 年 8 月，英国伦敦国王学院（King’s College London）研究人员在 Current Opinion in Cell Biology 发表综述，讨论肿瘤内部的细胞、信号和力学差异如何影响模型设计。文章重点区分侵袭前缘（leading edge）与肿瘤核心（tumor core），并讨论如何在体外重现两者与周围组织的关系。
肿瘤空间异质性不仅指基因或细胞种类不同，还涉及细胞彼此相距多远、周围胶原怎样排列，以及局部受到何种力学作用。作者关注的是这些因素如何共同改变细胞状态，以及治疗后原有空间关系可能怎样变化。
组织空间图谱可提示体外模型需要重现哪些特征，但组织取样通常只覆盖肿瘤的一部分。综述指出，取样位置和样本大小会影响所见细胞群；多个区域的观察有助于识别前缘与核心之间的差异。体外模型则进一步用于改变特定条件、观察随时间发生的反应。
基质力学需要与细胞位置一起观察
在肿瘤侵袭前缘，胶原的沉积、排列和交联可形成与内部不同的局部环境。综述整理了乳腺癌等研究：胶原纤维的方向、基质硬度与肿瘤细胞状态具有对应关系，单一平均硬度难以描述整个肿瘤内部的差别。
不同测量也各有空间范围。磁共振或超声弹性成像可以提供组织力学信息，但分辨细胞尺度差异仍有限；原子力显微镜可测局部硬度，却主要从二维表面观察。作者因此讨论了把力学测量与胶原结构、细胞身份及空间位置结合的必要性。
体外实验可以在这些观察基础上分别改变条件。综述举例，通过调整三维胶原纤维排列、基质浓度或局部交联，观察乳腺癌类器官、球状体的侵袭行为和力学信号。
综述还介绍一种机器学习方法，以原子力显微镜测量结果和胶原图像作为训练资料，预测乳腺癌组织的局部刚度，再分析其与侵袭相关细胞状态的关系。
免疫细胞的行为也取决于周围基质
综述介绍，乳腺癌细胞在三维胶原中产生的牵拉，可通过纤维传到附近巨噬细胞，影响后者向肿瘤边缘迁移。另一类模型同时改变基质和间质流动，研究巨噬细胞的迁移、极化及分泌变化。它们把组织结构变化与免疫细胞的行为放在同一体外环境中观察。
T 细胞的比较呈现另一组结果。综述引用的长期培养实验发现，高密度胶原条件下，细胞毒性 T 细胞的活性和增殖下降，调节性 T 细胞相关标志升高。胶原 IV 相关研究则发现，T 细胞黏附和肿瘤细胞清除减少，T 细胞凋亡增加。
综述将这些模型结果与组织空间免疫图谱对照，讨论富胶原环境、细胞接触及局部分泌信号如何影响抗肿瘤反应。
共培养、打印与微流控保留不同空间关系
球状体和类器官提供三维肿瘤结构，加入内皮、成纤维及免疫细胞后，可以进一步观察肿瘤边缘的细胞互作。患者来源材料还可保留部分原有差异，支持比较不同肿瘤模型的行为。综述强调，这些体系能重现的微环境成分并不完全相同。
三维生物打印可以预先安排细胞和基质的位置。综述介绍了肿瘤细胞位于中心、基质细胞分布在周围的多细胞构建，并观察到基质沉积随培养时间增加。
微流控则能进一步引入流动和相应力学作用，并把嵌入基质的类器官或球状体与血管网络结合。作者认为，这些技术有助于研究前缘与核心的动态关系，但能否完整重现患者肿瘤的空间特征，仍需在具体模型中检验。
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组织测量为模型设计提供三维参照
空间测量本身也在从二维走向三维。综述列举了连续组织切片的三维重建、成像质谱和组织透明化成像等方法。胰腺癌组织重建案例显示，肿瘤细胞沿胶原及邻近组织结构分布；乳腺肿瘤的三维成像则揭示了二维图像中不易辨认的细胞邻近关系。
这些组织参照有助于判断某一空间特征依赖哪些细胞、基质成分或力学条件。作者提出，应先确定重现特定空间特征所需的最少组成，以控制体外模型的复杂度。
治疗如何改变这些局部环境，以及变化随后怎样影响肿瘤，仍是综述列出的未解问题。作者认为，转录图谱还需与蛋白、代谢及直接力学测量结合，才能更完整地解释细胞状态，并为体外机制实验和药物研发提供依据。