生命科学高级科学家Djeda Belharazem博士 djeda.belharazem@biomex.de

销售和项目副总裁Manish Kumar博士 manish.kumar@biomex.de

引言
癌症研究传统上一直将重点放在基因突变上，将其视为肿瘤发展和进展的主要驱动因素。然而，最近的进展表明，癌症远比单纯的基因变异复杂得多。它是一种多方面的、不断发展的疾病，在其周围环境的复杂生态系统中蓬勃发展，这种环境被称为肿瘤微环境（TME）。为了有效对抗癌症，研究人员必须将重点从突变细胞转移到了解癌细胞与其环境之间的动态相互作用上。这种综合方法为开发旨在阻止肿瘤发展和转移的创新疗法提供了新的机会。

肿瘤微环境（TME）：癌症研究的新领域
在对抗癌症的过程中，肿瘤微环境（TME）既带来了挑战，也带来了机遇。TME由癌细胞、免疫细胞、成纤维细胞和细胞外基质（ECM）成分的异质混合物组成，是一个动态系统，在调节肿瘤生长、转移和耐药性方面发挥着关键作用（Hanahan & Weinberg，2011）。传统的癌症疗法主要针对癌细胞，但由于肿瘤微环境中的抗药机制，往往无法奏效。这凸显了开发体外临床前模型的重要性，这些模型可模拟肿瘤微环境，从而更好地预测治疗效果并开发更有效的治疗方法（Whiteside，2008）。肿瘤微环境中的关键参与者包括肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），肿瘤会招募这些细胞来支持其生长和存活。CAFs通过分泌生长因子、重塑ECM和创造促肿瘤环境来促进肿瘤进展（Kalluri，2016）。TAMs根据其极化状态，可以促进或抑制肿瘤生长（Noy & Pollard，2014）。了解驱动这些相互作用的机制及其在癌症进展中的作用对于开发破坏TME支持作用的疗法至关重要。

迫切需要人类来源的ECM
癌症研究面临的主要挑战之一是缺乏可靠且与生物学相关的模型来研究TME。传统的合成ECM是静态的，无法捕捉体内人类肿瘤环境的复杂性（Cox和Erler，2011）。为了充分了解癌症的抗药性和扩散机制，研究人员需要一种不含动物成分、源自人体的ECM，以反映肿瘤细胞、CAFs、TAMs和其他TME成分之间的动态相互作用。100%源自人体的ECM为人类细胞研究提供了更具交互性和准确性的环境，从而提供了一种创新的解决方案。这有助于更深入地了解TME如何影响癌症的进展、转移和治疗耐药性。

上皮-间质转化（EMT）和转移
转移是癌症相关死亡的主要原因，占此类死亡的90%以上（Chaffer & Weinberg，2011）。转移过程涉及一系列复杂的步骤，首先是上皮-间质转化（EMT）。在EMT过程中，肿瘤细胞失去上皮细胞特征，获得间充质细胞特征，从而能够从原发肿瘤部位转移（Nieto等人，2016）。TME通过提供驱动EMT和支持肿瘤细胞侵入周围组织的信号，在这一过程中发挥着关键作用。一旦肿瘤细胞脱离原发部位，它们就会进入血液，最终在远端器官定植，形成继发性肿瘤。
了解TME在转移中的作用对于开发能够预防癌症扩散的治疗方法至关重要。人类来源的ECM模型（如homoGel®）为研究驱动EMT和转移的信号和相互作用提供了理想的平台，为癌症细胞如何在远处器官中建立新肿瘤提供了新的见解。

ECM和血管生成
血管的形成或血管生成对于肿瘤生长和组织再生至关重要。在癌症中，肿瘤细胞依靠新的血管来提供营养和氧气，使其能够生长和转移（Hanahan和Folkman，1996）。在再生医学中，血管生成对于确保新工程组织的存活和整合同样重要。人类来源的ECM（如homoGel®）为研究ECM在血管生成中的作用以及开发促进或抑制血管形成的疗法提供了关键平台，具体取决于所需的结果。

Extracellular Matrix (ECM) and Stem Cells in Regenerative Medicine
The ECM is fundamental to regenerative medicine, serving as a dynamic scaffold that regulates cell behavior, tissue growth, and organ regeneration. In tissue engineering and regenerative therapies, the ECM‘s structural and biochemical cues guide the differentiation, proliferation, and function of cells, especially stem cells. Advances in human-derived ECM, such as homoGel®, offer new opportunities for creating biologically relevant models that are crucial for advancing therapeutic development.

ECM在干细胞治疗中的角色
干细胞，特别是间充质干细胞（MSCs）和诱导多能干细胞（iPSCs），在再生医学领域具有巨大潜力，因为它们能够分化成各种细胞类型。然而，干细胞疗法的效果在很大程度上取决于周围的ECM，它提供关键的生化信号和机械支持，以维持这些细胞的干细胞特性（Chen等人，2021）。传统的合成ECM，例如基于聚乙二醇（PEG）的水凝胶，缺乏复制人体体内环境所需的生物复杂性。这些合成材料通常无法支持细胞分化和组织再生。相比之下，源自人体的ECM，例如homoGel®，含有与人体组织高度相似的天然生化信号，可确保MSC和iPSC保持自我更新和分化成功能性组织的能力（Yin等人，2021）。
最近的研究表明，人源性ECM可以通过促进特定谱系承诺（如成骨或软骨形成）来影响干细胞的命运，在组织特异性环境中。这表明，人源性ECM（如homoGel®）可以作为更有效的平台，用于创建组织特异性再生疗法（Lau et al.，2021）。

ECM在组织工程和器官重建中的应用
组织工程需要一种能够提供结构完整性并促进功能性组织形成的ECM。来自人体的ECM（如homoGel®）能够提供支持皮肤、软骨和骨骼等复杂组织形成所需的基本生长因子、结构蛋白和机械特性，为组织工程提供了卓越的平台（Gao等人，2021）。
在器官重建中，血管生成是一个关键挑战。如果没有强大的血液供应，工程组织就无法存活或与宿主组织整合。人体来源的ECM已被证明可通过提供形成新血管所需的生化信号来促进血管生成（Jang等人，2022）。homoGel®的人源性成分使其能够有效支持新血管系统的生长，这对于发育功能性组织和器官至关重要。
最新研究表明，使用人体来源的ECM支架可改善肝脏和肾脏等器官的重建效果，因为血管生成对于这些器官的长期功能至关重要。通过促进类似天然的环境，homoGel®有望显著提高器官工程和移植的成功率（Zhao等人，2021）。

摘要
100%源自人体的ECM的开发标志着癌症研究和再生医学的重大进步。homoGel®为研究人员提供了强大的工具，帮助他们更好地理解TME的复杂性及其在癌症进展中的作用。此外，homoGel®在组织工程和再生医学中的应用为推进治疗开发和改善患者预后带来了巨大的希望。医疗保健的未来在于复制人体的天然系统，而homoGel®正处在这场革命的前沿。

参考资料

• Chaffer, C.L., & Weinberg, R.A. (2011). A perspective on cancer cell metastasis. Science, 331(6024), 1559-1564.
• Cox, T.R., & Erler, J.T. (2011). Remodeling and homeostasis of the extracellular matrix: implications for fibrotic diseases and cancer. Dis Model Mech., 4(2), 165-178.
• Hanahan, D., & Folkman, J. (1996). Patterns and emerging mechanisms of the angiogenic switch during tumorigenesis. Cell, 86(3), 353-364.
• Hanahan, D., & Weinberg, R.A. (2011). Hallmarks of cancer: the next generation. Cell, 144(5), 646-674.
• Kalluri, R. (2016). The biology and function of fibroblasts in cancer. Nature Reviews Cancer, 16(9), 582-598.
• Nieto, M.A., Huang, R.Y., Jackson, R.A., & Thiery, J.P. (2016). Epithelial mesenchymal transition: the role in cancer progression and metastasis. Nature Reviews Cancer, 16(5), 305- 320.
• Noy, R., & Pollard, J.W. (2014). Tumor associated macrophages: from mechanisms to therapy. Immunity, 41(1), 49-61.
• Whiteside, T.L. (2008). The tumor microenvironment and its role in promoting tumor growth. Oncogene, 27(45), 5904-5912.
• Chen, Z., Zhao, R., Shi, Z., Zhang, Z., & Gao, W. (2021). 3D bioprinting of stem cell-laden scaffolds: Advancements in vascularization and tissue regeneration. Biomaterials Science, 9(11), 4080-4100.
• Gao, L., McBeath, R., & Chen, C.S. (2021). Stem cell shape regulates a chondrogenic versus myogenic fate through Rac1 and N-cadherin. Science Advances, 7(28), eabc5174.
• Jang, Y., Kim, J., Kim, J.M., & Lee, H. (2022). Human ECM-based scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine: Recent advances and future perspectives. Nature Reviews Bioengineering, 3(1), 112-130.
• Lau, C.L., Fitzpatrick, C., Shew, M., & Zhang, Y. (2021). Influence of extracellular matrix composition and stiffness on iPSC differentiation into neural and mesenchymal lineages. Stem Cell Research & Therapy, 12(1), 345-358.
• Liang, X., Li, X., Zhang, S., & Luo, J. (2022). Advanced human-derived ECM materials in bioprinting: Applications and innovations in regenerative medicine. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10, 834958.
• Yin, L., Huang, W., Wu, T., & Li, X. (2021). Mimicking the in vivo human microenvironment using 3D-bioprinted hydrogels for stem cell-based tissue regeneration. Advanced Materials, 33(12), e2006379.
• Zhang, H., Zhao, L., Wang, X., & Chen, Z. (2022). Human-specific ECM hydrogels enhance stem cell function and tissue regeneration. Advanced Healthcare Materials, 11(3), e2101583.
• Zhao, R., Ding, J., & Ma, P.X. (2021). Recent progress in tissue engineering scaffolds for regenerative medicine. Advanced Functional Materials, 31(6), 2006992.