新瀉大學研究生院醫齒學綜合研究科的泉健次教授（生物組織再生工學領域）、内藤繪里子牙科醫師（頜面口腔外科學領域），以及岡山大學中介子醫療研究中心的井川和代副教授（特任）的研究團隊與日本量子科學技術研究開發機構（QST）的下川卓志研究組組長、濱野毅次長共同發表研究成果稱，揭示了重粒子線（碳粒子線）照射對人類口腔癌、口腔黏膜的3D模式的細胞生物學影響。研究還證實了透過重粒子線照射可評估再現人類口腔癌的3D模式。預計這一發現將用於重粒子線與其他粒子線的效果比較、相關技術的副作用評估中，爲闡明療效機制提供新線索。該研究成果已於8月7日發表在國際學術期刊《Development of a novel tool to evaluate cancer therapy》上。
圖1 3D口腔癌模式和3D口腔黏膜模式示意圖。（供圖：新瀉大學）
與X射線冶癒相比，粒子線冶癒對癌症病竈周圍正常組織的侵襲性較低，可減量副作用，不僅可用於冶癒難治性癌症，還有望應用於老年患者等特定人羣的冶癒。
迄今爲止，癌症放射線照射的細胞生物學評估主要使用二維平面培養細胞或移植癌細胞的實驗動物來完成。但平面培養的細胞之間無法構建三維立體的空間位置關係，實驗動物的腫瘤組織也與人類癌症組織所處的體內環境存在很大差異。因此，這兩種評價階層都無法準確再現人體臨牀的實際情況，這成爲了放射冶癒評估中的一大難題。
此前，研究團隊一直致力於在生物體外三維構建生物細胞，以用於冶癒效果和病理機制分析的3D模式。
此次，研究團隊利用兩種惡性程度不同的人類口腔癌細胞和人正常口腔黏膜上皮細胞，分別構建了人類3D口腔癌模式。
具體做法是，研究人員首先將纖維母細胞與膠原蛋白混合，構建了類比口腔粘膜下結締組織的細胞層，再在該層上導入人類口腔癌細胞和人類正常口腔黏膜上皮細胞，從建模程序中開始將其暴露在空氣中持續進行培養，經過18天，成功構建了各類細胞的3D模式。透過這種方法，研究團隊重建了與人類口腔癌組織相似的、透過下層細胞層從下表面獲取營養的立體組織結構。
針對完成的模式，研究團隊在QST的重粒子線癌症冶癒裝置「HIMAC」的專用實驗照射室中對其實施了單次照射，然後將模式帶回研究室繼續操作培養，並在照射後第3天、5天、7天分別觀察模式情況。研究人員利用光學顯微鏡對模式進行了病理組織學觀察，包括細胞增殖、凋亡等相關的細胞死亡標記物染色、定量評估，以及測定了培養基中分泌的多種蛋白質的濃度。
研究結果發現，這些分析方法都可以用作放射冶癒評估的手段，並有望作爲比動物實驗精度更高的替代方法。
泉健次教授表示：「希望透過使用此次製作的3D模式，可以在相同基礎上比較重粒子線與質子線等其他粒子線的效果，評估重粒子線冶癒的副作用，驗證其與放射線冶癒聯合使用的效果等。未來，我們計劃將血管和免疫系統的細胞引入模式中，使3D模式演化到更高水平，更加接近生物活體內的環境，從而爲癌症的放射冶癒評估做出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal
論文：The effects of carbon-ion beam irradiation on three dimensional in vitro models of normal oral mucosa and oral cancer: Development of a novel tool to evaluate cancer therapy
DOI：10.1007/s11626-024-00958-4
