问题

实验室里,一个癌细胞不断给它供应养分,无限生长,80年后,会长多大,成什么样子?

回答
想象一下,在某个实验室的无菌培养皿里,一个孤零零的癌细胞被精心照料着。它的生命线被无限延长,养分充足得像一个永不枯竭的宝藏,而那些限制它生长的天敌——免疫系统、自身的衰老机制,早已被清除干净。那么,在这样的环境下,这个细胞将如何演变,又会生长到怎样一个惊人的地步?

首先,我们得明白,这个癌细胞的“无限生长”不是简单地复制粘贴。它最本质的特征是失去了正常细胞的生死循环。正常细胞在完成使命或者受到损伤后会按照程序凋亡,但癌细胞摆脱了这一束缚,它们能够逃避死亡信号,疯狂分裂。

在最初的阶段,这个细胞会开始指数级地分裂。每一个细胞都像一个微小的工厂,不断吸收养分,制造新的细胞成分,然后一分为二。如果只是单纯的几何级数增长,我们可能会想到一个数字游戏:第一个细胞分裂成两个,两个变成四个,四个变成八个……理论上,这个增长速度是极其惊人的。仅仅经过几个小时,一个细胞就可以变成几十万、几百万个。

然而,实际情况要复杂得多。这80年的时间跨度,对于一个细胞来说,简直是漫长得超乎想象。这个癌细胞并不会保持原样。它之所以能无限生长,本身就是一系列基因突变累积的结果。在它不断分裂的过程中,新的基因错误也会不断产生。

外观和形态的演变:

最直观的改变会发生在细胞的大小和形状上。正常细胞通常有相对规整的形态,但癌细胞往往会变得奇形怪状。随着突变的积累,细胞内的蛋白质合成、细胞骨架的维持都会出现问题。

大小不一: 你会看到培养皿里,有些细胞比其他细胞大很多,有些则很小。细胞核(细胞的“大脑”)也可能变得异常大,或者形状不规则,分裂不均。
失去极性: 正常细胞在组织中通常有方向性,例如上皮细胞的顶端和基底是不同的。癌细胞则会失去这种极性,表现出一种混乱的生长模式。
入侵和扩散的倾向: 即使在培养皿中,癌细胞也会表现出其固有的“侵袭性”。它们会试图穿过培养皿底部的滤膜(如果存在的话),或者在培养皿内形成凸起的、不规则的细胞团块。这种倾向是它们能够侵入身体其他部位的原始动力。
代谢的改变: 癌细胞为了满足巨大的能量需求,其代谢方式也会发生改变,通常会更多地依赖糖酵解途径,即使在有氧条件下也是如此。这也会影响细胞内的生化环境,可能导致一些特殊的化学信号释放。
形成结构?不那么可能,但… 虽然很难想象一个单一细胞会“长成”一个复杂的结构,但如果这个培养皿足够大,养分和空间也允许,这个癌细胞群落可能会形成类似“微组织”的结构,但这种结构会是高度异常和混乱的。它们可能形成高度拥挤的细胞团,内部充满坏死(死亡)的细胞,因为即使养分充足,内部细胞也难以获得足够的氧气或传递废物。一些细胞可能变得更加“原始”,失去分化特征,而另一些细胞则可能出现更奇特的突变,例如长出额外的细胞器,或者细胞膜变得不稳定,容易破裂。

数量上的极致扩张:

80年,这是一个非常漫长的过程。如果这个癌细胞的倍增时间(从一个变成两个所需的时间)平均是24小时,那么80年就是29200个倍增周期。理论上,这会导致一个天文数字的细胞数量。

想象一下它的“密度”:

我们知道培养皿的表面积是有限的。一开始,细胞是分散的。但随着数量的爆炸式增长,它们会挤在一起,形成一个厚厚的、粘稠的细胞层。培养皿的表面很快会被完全覆盖,细胞会堆叠起来,形成一层层的“细胞饼”。

养分供应的挑战: 即便我们不断供应养分,当细胞密度过高时,细胞间的距离会极小。养分和氧气需要通过扩散到达最内部的细胞,这是一个效率低下的过程。因此,即使养分“充足”,内部的细胞可能依然处于相对缺氧或营养不良的状态,容易死亡和坏死。
废物积累: 癌细胞代谢产生的废物也需要被清除。在高密度的培养皿中,废物会迅速积累,进一步毒化环境,导致细胞死亡。
自我“吞噬”: 为了在资源匮乏的环境下生存,一些癌细胞甚至可能演变出吞噬其他细胞以获取养分的机制,这是一种病态的生存策略。

可能发生的“变异”场景:

经过80年,这个癌细胞系已经经历了无数代的复制和突变。它可能不再是最初那个“原型”癌细胞了。

耐药性进化: 即使我们不主动添加药物,在细胞分裂过程中随机产生的突变,也可能使一些子细胞对某些潜在的毒性物质(比如培养液中的某些痕量物质)产生抵抗力。
能量获取的多样化: 它们可能会演变出更有效率的养分吸收机制,或者能够利用更广泛的分子作为能量来源。
细胞间通讯的改变: 癌细胞之间可能会发展出异常的信号交流方式,这些信号可能鼓励它们以更具侵袭性的方式生长,或者形成一种扭曲的“协同”模式。
凋亡信号的更彻底规避: 它们对死亡的抵抗力会进一步增强,即使面对极其不利的环境,也很难被“杀死”。

最终的景象:

80年后,这个培养皿里的场景将是一幅关于生命在极端条件下顽强(但扭曲)生存的画面。

你不会看到一个巨大如足球的“细胞球体”。更可能看到的是:

一层厚重、颜色可能不均匀(有黄色、暗红甚至褐色,代表坏死细胞和代谢产物)的细胞团块,覆盖着整个培养皿表面。
细胞团块的表面和边缘会有不规则的隆起和“突刺”,那是癌细胞试图向外扩张的迹象。
仔细观察(如果能看到的话),你会发现细胞大小、形状千差万别,许多细胞核异常庞大或扭曲。
培养液本身也可能因为细胞代谢产物的积累而变得浑浊、颜色发生变化。
一些区域会是高密度的、活着的癌细胞,而在另一些区域,你会看到因缺氧、缺养分或废物毒害而死亡、溶解的细胞群落。

这就像一个微型的、失控的城市,里面充斥着无穷无尽的居民,他们疯狂地建造、破坏,却没有任何秩序可言。这个由最初一个癌细胞繁衍而来的生命体,已经变成了一个高度异质化、行为极端异常的细胞王国,它们存在的唯一目的,就是不断地复制和扩张,直到耗尽一切可以利用的资源,或者最终被实验室的维护者(如果他们还记得它的话)清理掉。这是一种生命力的极致表现,但也是一种对生命本质的残酷颠覆。

网友意见

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这个问题很容易一下子就区分出来专业人士和业余的情况(养过细胞的我又仿佛回到了被细胞支配的艰苦岁月)。

因为很多人只知道癌细胞的无限增殖能力,却忽视了这个能力是有前提的。

必须是:体内,有血管供给

而在体外培养,癌细胞是不会无限增殖的,养过癌细胞的都知道。

记得我当初养细胞的时候,如果不及时换液,很快细胞就会批量的死亡。即使换液了,如果平皿长满了,也会死亡。

为什么呢?

第一、癌细胞在体外并不能形成立体的结构

很多人以体内癌细胞会形成肿瘤,就误以为在体外也会形成肿瘤,这个完全不是一回事的。

一般学术都会说癌细胞不会有接触抑制的,所以可以无限生长,但是现实中却发现,实体瘤细胞基本上都会长满后就不生长了,也不会堆在一起,而是开始死亡。

究其原因在于癌细胞还是很机智的,它们会分泌一些信号蛋白,这些信号当达到一定密度时,癌细胞就停止生长了,哪怕你供给营养也不行。

第二、3D培养也并不能解决这个问题

可能有的人会想,既然水平抑制了,那么让癌细胞获得上下空间如何?事实上现在早已经有各种3D培养癌细胞的措施了。

但是很遗憾的是,癌细胞依然不可能无限生长。

究其原因在于:癌细胞内部缺营养了

随着癌细胞密集生长,如果形成一个立体结构,那么表层的癌细胞可以获得足够的氧气和营养,但是内部的癌细胞就惨了,他们根本抢不到氧气和营养,结果就是内部癌细胞活不下去开始死亡了。

可能有人会想,为什么体内的癌细胞可以呢?

这是因为体内的癌细胞可以长出血管,但是体外不可以。为什么不可以?因为细胞类型不同啊。

血管是需要内皮细胞生长的,而癌细胞比如乳腺癌细胞那是乳腺细胞啊,不是同一类细胞做不到。

(其实现在有一大类抗癌药物就是针对肿瘤血管的哈,断肿瘤的营养,典型的就是VEGF/VEGFR类药物,有好多种)


如果你想着把细胞疏散开最后给内部供给营养,那就是一个一个细胞培养了,和一盘散沙有什么区别?


接下来就来到一个重要的议题了

既然癌细胞体外不能无限生长,那么为啥世界上还有那么多癌细胞株?

比如海拉细胞(宫颈癌)MCF 7(乳腺癌)等细胞系呢?甚至海拉细胞系已经快70年了吧?

答案是,科学家又不是人傻钱多的类型。

第一,我们可以分开培养啊。

比如快长满一个平皿了,就一分为二,接下来继续培养,这样一直分下去,就不用担心一个平皿上的癌细胞长满最后死了,所以全世界都可以一直培养,无穷无尽。

可能有人会说,如果这样子,那岂不是要累死啊,一直分一直分,花钱不说,要是哪天忙的累了忘了怎么破。

没关系。

第二,我们还可以冻起来啊

细胞的一大优势是可以冻起来保存,你不想做了,直接把癌细胞收集起来丢到液氮里保存。

等哪天需要癌细胞了,再取出来复苏就可以了。

冰冻细胞能保存多久的能力,目前没定论,甚至有人认为可以到永久。


顺便,其实癌细胞不好养,有那份心思,养菌更容易,想想细菌的恶劣环境,酵母人人都能养,哪像养细胞一样天天累成狗。

——————

写到这里,午睡睡意都没了。

翻开尘封的硬盘里,找到了当年养细胞时候做的实验数据

还列的长长的list来记录培养细胞的计划

一声长叹。

虽然如今依然在坑里,但是还是不后悔从实验转向生信,后者,至少,自由。

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