填补世界空白！把黑色素瘤“养”在芯片上：中国团队首次揭开药物、癌细胞与微环境的“生死对话”

在所有皮肤癌中，黑色素瘤是最致命的一种。它起源于皮肤中的黑色素细胞——这些细胞本应负责产生黑色素、保护皮肤免受紫外线伤害。但当它们发生癌变后，就会变得极其“狡猾”：容易早期转移、对常规化疗药物容易产生耐药性。

更棘手的是，每个患者的黑色素瘤都不一样。同样是黑色素瘤，不同人的肿瘤在基因突变、免疫特征、药物敏感性方面可能天差地别。A患者有效的药，对B患者可能完全没用。

那么问题来了：如何提前知道某个患者对哪种药最敏感？

传统的做法是“试”——先用细胞系（在培养皿里无限繁殖的癌细胞）做实验，再用动物模型（比如小鼠）测试，最后才用到人身上。这条路不仅耗时漫长（一个新药从研发到上市平均需要10年以上），而且细胞系和动物模型跟真实的人体肿瘤差距太大。小鼠身上有效的药，到了人身上可能完全无效——这也是很多抗癌药在临床试验阶段失败的重要原因。

于是，科学家们一直在寻找更好的办法——一种既能保留患者肿瘤的真实特征，又能快速、低成本地测试药物的模型。

要理解这项研究，得先弄清楚两个概念：类器官和器官芯片。

类器官（Organoid），顾名思义，就是“像器官一样的东西”。它不是真正的器官，而是在实验室里用患者自身的细胞培养出来的三维细胞团。跟传统的在培养皿里铺一层细胞的“二维培养”不同，类器官是立体的，细胞之间可以像在真实组织中那样相互作用、相互支撑。更重要的是，类器官能够保留原发肿瘤的组织学特征和基因特征——也就是说，它“长什么样”和“基因是什么样”的，都和患者体内的肿瘤非常接近。

器官芯片（Organ-on-a-chip），则是在一块巴掌大的微流控芯片上模拟人体器官的微型环境。芯片上有微小的通道，可以持续灌注培养液，模拟血液流动；可以精确控制温度、氧气和营养物质的供给。简单说，它把人体器官的“微环境”缩小到了一块芯片上。

而这项研究的创新之处在于：把这两项技术结合了起来。

2026年8月，来自东南大学、复旦大学上海肿瘤中心等机构的研究团队，在《Biofabrication》期刊上发表了一项重要成果。他们成功构建了一种包含黑色素瘤类器官的“皮肤芯片”模型（简称MOCS模型）。

具体来说，他们做了这么几件事：

第一，从患者身上获取肿瘤样本。 研究团队从黑色素瘤患者体内提取肿瘤组织，从中培养出类器官。这些类器官不仅保留了原发肿瘤的组织结构，还保留了肿瘤周围的免疫细胞等天然免疫成分——这一点非常关键，因为肿瘤不是孤立存在的，它周围的免疫微环境对肿瘤的生长和对药物的反应都有巨大影响。

第二，在芯片上重建皮肤微环境。 他们把黑色素瘤类器官整合到一个“皮肤芯片”中，模拟真实皮肤的三维结构。这个芯片可以持续灌注培养液，维持类器官的活性，同时方便研究人员实时观察肿瘤的变化。

第三，用这个模型测试药物的效果。 他们测试了临床上常用的黑色素瘤靶向药物组合——达拉非尼（dabrafenib）和曲美替尼（trametinib）。结果显示，这个药物组合能够显著抑制黑色素瘤细胞的增殖，并诱导癌细胞凋亡（即程序性死亡）。

第四，还研究了紫外线的影响。 他们用这个模型观察了紫外线照射对黑色素瘤的影响，发现紫外线暴露会显著促进黑色素瘤的进展——这为“防晒防癌”提供了更直接的实验证据。

核心突破：

首次再现“药物—细胞—细胞外基质”三方互动

如果仅仅是“类器官+芯片”的结合，这项研究虽然优秀，但还不算“填补空白”。它真正的独特之处在于：首次在器官芯片微环境中，真实再现了“药物—癌细胞—细胞外基质”三者之间的动态相互作用。

什么是细胞外基质（ECM）？可以把细胞外基质想象成细胞居住的“小区环境”——它是由胶原蛋白、弹性蛋白、糖蛋白等大分子组成的复杂网络，填充在细胞与细胞之间。它不仅起到“填充物”的作用，还直接参与调控细胞的生长、迁移、分化和死亡。

在真实的肿瘤组织中，癌细胞无时无刻不在与周围的细胞外基质“对话”：基质给癌细胞提供“生长支架”，癌细胞反过来会“改造”基质，让基质变得更适合自己侵袭和转移。

药物进入体内后，也不是直接作用于癌细胞的。药物首先要穿过细胞外基质这道“屏障”，才能到达癌细胞。而基质本身的成分和密度，会直接影响药物能否顺利渗透、渗透多快、到达癌细胞时还剩多少有效浓度。

因此，要准确评估一种抗癌药的效果，就必须把“药物—癌细胞—细胞外基质”三者的相互作用放在一起研究——缺了任何一个环节，实验结果都可能跟真实情况相差十万八千里。

而MOCS模型做到了这一点。在这个芯片中，细胞外基质是真实存在的、可控的。药物进入芯片后，需要先穿透这层基质，才能到达类器官中的癌细胞。研究人员可以实时观察：药物怎么穿过基质？穿过多快？到达肿瘤时浓度还剩多少？肿瘤在药物作用下如何变化？基质本身在药物作用下又发生了怎样的改变？

这就把以前“黑箱”般的过程，变成了一个透明、可观测、可量化的动态系统。

在MOCS模型出现之前，黑色素瘤的体外药物测试模型存在一个明显的“断档”：

二维细胞培养太简单，不真实；

类器官有了三维结构，但缺乏可控的微环境和基质；

普通器官芯片有了微环境，但没有整合患者来源的类器官；

动物模型虽然整体性强，但周期长、成本高、跟人类有物种差异。

MOCS模型把这几个环节全部打通了——它既有患者来源类器官的“个体化”优势，又有器官芯片微环境的“仿生”优势，还能精确再现药物与细胞、基质之间的动态互动。

这正是论文中所说的“填补了黑色素瘤器官芯片仿生体外模型的空白”——在此之前，还没有一个模型能同时做到以上所有事情。

这项技术突破的意义，

最终要落到患者身上。

当“药物—细胞—细胞外基质”的互动能被真实再现时，在芯片上测试出的药物效果，就比传统模型更接近这个患者体内的真实反应。医生可以更有信心地根据芯片测试结果，为患者选择最可能有效的药物组合。

对于黑色素瘤这种高度异质性的癌症来说——每个患者的肿瘤都不一样——这尤其重要。“别人的特效药，未必是你的解药”，而MOCS模型让“为每个患者量身试药”离现实更近了一步。

不仅如此，这套模型还大大缩短了测试周期——从动物实验的几个月缩短到几周；减少了对实验动物的依赖；也为后续研究肿瘤耐药机制、筛选新药提供了更可靠的工具。

当然，这项技术目前还处于研究阶段，距离大规模临床应用还有一段距离。

目前的挑战包括：如何让类器官在芯片上存活更长时间？如何更精确地模拟肿瘤周围复杂的血管网络？如何降低成本，让更多患者能够负担得起这种个性化测试？

不过，科学家们正在快速推进。已经有研究团队在尝试将血管网络也整合到皮肤芯片中，让模型更加接近真实的肿瘤微环境。还有团队在探索用3D生物打印技术更精确地构建皮肤癌类器官。

可以预见的是，在不久的将来，当你或你的亲人被诊断出黑色素瘤时，医生可能不再需要“猜”哪种药有效——他们可以从你的肿瘤中培养出类器官，在芯片上测试各种药物，然后自信地告诉你：“这个方案，对你最有效。”

这就是科学的力量——把一个个看似遥远的“科幻”，变成触手可及的“现实”。而今天，这个现实，又向前迈进了一大步。

参考文献
Feil Yang,Zaozao Chen,et al.Development of a human melanoma organoid-containing skin-on-a-chip model for in vitro drug testing and personalized medicine.Biofabrication 2026.18 035051.DOI 10.1088/1758-5090/ae8e03.