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？

笑看风云

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？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/429751120

大力水手

毫不夸张的说，在体内没有任何一颗癌细胞可以靠一己之力独自生存下去，可真的是聪明又无耻的“寄生者”。

<hr/>作为一只科研狗，最常在实验室里听到的一句发自内心的悲鸣大概就是“苍天啊！我的细胞又死啦”！所以，不用80年，8个星期以后，题面里的这颗癌细胞八成就去世了。如果再倒霉一点，它可能活不过8天。
没错，癌细胞确实可以无限生长，但是这种“无限”是有前提的，仅有养分是远远不够的。肿瘤的发生是一个多步骤的复杂过程，正常细胞若要转化为癌细胞，就必须和它的宿主（也就是我们的机体）斗智斗勇。
在最初的癌细胞转化遇到瓶颈之时，它最终能否生存就取决于其能否寻得有利的环境、以及在该环境中定居的能力。这里不仅涉及一个复杂的肿瘤微环境（TME），这种能力的产生也取决于一个更为复杂的体系，即“肿瘤生态系统”。
肿瘤的发生与TME的生理状态密切相关，一个晚期实体瘤的TME，其高度异质性和复杂程度可谓惊为天人（图1）。简单来看，TEM由细胞外基质、基质细胞（如成纤维细胞、间充质基质细胞、周细胞，偶尔还有脂肪细胞、血液和淋巴管网络）和免疫细胞（包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞和肿瘤相关巨噬细胞）组成。
此外，外泌体在TEM细胞间的旁分泌和自分泌的交流中、以及TME附近正常细胞向肿瘤细胞的转化中也起着重要的作用。而肿瘤细胞的快速生长诱导了血管生成并随后形成了TME混乱的分支结构。肿瘤的发展高度依赖于特异性的TME，TME对癌症治疗的预后影响很大，并影响化疗效果[1]。




图1 肿瘤微环境解剖图

而更为复杂的肿瘤生态系统，则是肿瘤细胞在其微环境中与其他肿瘤细胞和宿主细胞能进行相互作用，并能通过进化适应不断变化的环境的一个多样性群落。肿瘤周围的生态系统不仅促进了癌细胞的生长，也为它们提供了一个安全的“住所”，以克服免疫系统的攻击。
在肿瘤发生过程中，具有基因异质性的不同的癌细胞的逐渐出现、进化，并与肿瘤微环境中的细胞相互作用，从而导致宿主代谢被劫持、免疫逃避、转移，以及最终死亡[2]。
肿瘤由多种细胞组成，不同区域的肿瘤细胞可以代表肿瘤生态系统的异质性，构成不同的肿瘤、间质和免疫细胞类型。
在免疫系统和转化细胞之间存在着一种持续的竞争关系，是肿瘤细胞死亡或存活的重要原因。一种有利的肿瘤生态系统将有助于恶性细胞在营养缺乏和免疫力选择压力下存活。
此外，肿瘤生态系统细胞如肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、内皮细胞（EC）和免疫细胞的异质性可进一步影响临床治疗反应[3]。
这么看来，毫不夸张的说，在体内没有任何一颗癌细胞可以靠一己之力独自生存下去，可真的是聪明又无耻的“寄生者”。
让我们回到题面，实验室里对于癌细胞的培养主要依赖于传统的2D培养技术，在培养基的供养下，它只能实现细胞间单纯的物理接触联系，这其实并不是真正意义上肿瘤所处的环境，它受到细胞来源的限制，并且保真度和分化能力均较低。
因此，长时间的培养，即使营养充足，以癌细胞指数级增长的速度，如果不为细胞传代减少数量或者更换更大的容器，这一颗癌细胞必然会出现“细胞状态不好”的情况。试问，80年，得用多大的容器装它呢？
当然，值得一提的是现如今正在发展中的新的培养技术——类器官技术。类器官是在体外用3D培养技术对干细胞或器官祖细胞进行诱导分化形成的在结构和功能上都类似目标器官或组织的三维细胞复合体，其具有稳定的表型和遗传学特征，能够在体外长期培养，它在形成过程中再现了体内器官发生的两个事件，即同类细胞以黏附的方式分类聚集和空间特异性的细胞谱系定型[4]。
有朝一日当我们可以在体外成功模拟体内完美的肿瘤生态系统的时候，80年或许能成为现实吧。
<hr/>撰文 | 咸姐 （浙江大学博士）
制版 | 启萌之星

清风寡欲

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。

清风寡欲

这里有更多有趣回答：
有哪些让人拍案叫绝的智障设计？不要八十年，不要八十天，只要八天，癌细胞们基本就不怎么再长了，甚至还会在培养液里看到不少漂浮着的死细胞。

且慢， 我读的书少，但我知道癌细胞是不死细胞，怎么会那么快就死了呢？
那么首先，先让我们来简单了解一下癌细胞。
不同于正常细胞，癌细胞有三个基本特征：不死性、迁移性、以及失去接触抑制。这里说的不死性，并不是说癌细胞有金钟罩铁布衫怎么都杀不死。而是指在适宜条件下，癌细胞可以无限增殖。
正常细胞都是有一定的寿命的，大部分细胞在分裂了40-60次后就会停止分裂，进入衰老期或者凋亡，这个现象被称为海佛烈克极限（Hayflick Limit）。但是海佛烈克极限并不适用于癌细胞，癌细胞是能一直分裂下去，颇有种长生不老的感觉。
但正如之前提到的，只有在适宜条件下，癌细胞才能不死。而这个适宜条件，就包括了充足的营养，别看癌细胞又圆又胖，吃不饱照样撑不下去。
虽然题主给了个不断提供养分的条件，但我们还是得考虑一下实际情况。在实验室里，细胞大多是在培养皿/培养瓶的。这也就意味着，细胞的生长空间是有限的。
那癌细胞会长满一个培养瓶吗？不会。

说到这个就不得不提到癌细胞的第三个特征，失去接触抑制。
所谓接触抑制，就是细胞在相互会和接触的时候，便会停止生长了。也就是说当他们铺满培养瓶、彼此前胸贴后背的时候，细胞们也就不长了。但是癌细胞不会呀，他们失去了接触抑制，就算前胸贴后背了，还是可以继续长。横向没空间了咋办？那就竖着长！所以当癌细胞在培养瓶里铺满一层的时候，他们就开始往上长第二层、第三层···
但是这也带来了一个问题，当层数增加以后，底层的细胞也就越来越难得到营养和氧气了，甚至只能得到来自上层细胞的排泄物和二氧化碳。当底层细胞因为缺少营养和氧气而死亡的时候，原本的多层细胞团也随之裂解。
因此，在一个有限的培养瓶的里，哪怕保证充足的养分，癌细胞也不会无限生长。
既然癌细胞连一个培养瓶都不能长满，那为啥有的肿瘤能长那么大一个？
因为肿瘤不只有癌细胞，还有体细胞、细胞外基质以及最重要的毛细血管。这些都能帮助氧气和营养的运输，让癌细胞茁壮成长。



图源：https://quizlet.com/508354999/lesson-12-cell-differentiation-flash-cards/

那不考虑实际因素，假设我们有一个无限大的细胞培养瓶，80年后一个癌细胞可以长多大呢？
拿常见的乳腺癌细胞MCF-7为例。
MCF-7的翻倍时间（doubling time）是24小时，也就是说每24小时，细胞总数就会翻一倍。长满一个面积为175cm²的培养瓶大约要23.3 x 10⁶ 个细胞。
如果我们在第一天种10⁵个细胞，差不多正好八天长满。一个月后就有460平方米了，65天之后就一千多万平方公里了，已经比一个中国还大了。
再这么指数型增加下去，别到八十年了，三百多天的时候我的计算器就已经不行了（狗头）
<hr/>趣味科普没看够？
没关系，这里还有：
听过各种各样的过敏源，你听说过有人会对自己的精液过敏么？
你见过哪些奇怪的过敏源？一个博士生每天是怎么做科研的呢？看完这个故事或许你会有答案
博士生们每天科研时间是多久？为什么火车上的屎尿排到铁轨上，我们却没有见到“屎山尿海”的情况？
为什么火车厕所里面的屎尿全部要排到铁轨上，日积月累这样不会很脏吗？为什么中药是古方好？西药是新的好？
为什么中药是古方好？西药是新的好？<hr/>以上内容均由ViaX盐趣在线科研教育签约导师Z·C提供

责任编辑：赵晨旭（邮箱：zhihu@viax.org如需交流、转载、供稿、合作请邮箱联系，并注明单位、职位及姓名）

大力水手

根据癌细胞的种类不同，时间从几天至几周，无非就是长满培养皿，然后状态不好，然后细胞全都挂掉。不会长到比地球还大的肉球！
实验室的条件下，细胞连组织都很难形成，更别说器官了。某些癌细胞可能会堆叠在一起，形成细胞块，但是没有血管输送营养，里面的细胞很难吸收的营养，最终挂掉，挂掉的细胞释放出的废物无法排出，诱发周围的细胞挂掉，最后全部的癌细胞都会挂掉。
虽然大部分癌细胞都会分泌血管生成因子，但并不会长出血管，因为没有毛细血管或者内皮细胞。并且即便能长出血管，因为心血管是个系统，没有心脏，光有血管也没用。
所以，癌细胞不按时传代，细胞就会挂掉！
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评论中有很多人提到外源接入血管让肿瘤内部也能获取营养，使肿瘤继续生长。但现实中，这种方法并不理想。
首先仅有血管还不行，还需要血压才能使细胞能充分的吸收营养和排出废物，这就需要一个心脏或者一个泵来形成一个循环系统。
其次是肿瘤细胞过于致密，血管很难深入到肿瘤内部。大部分肿瘤摸起来的硬硬的，因为肿瘤细胞排列的非常紧密，毛细血管在肿瘤组织中是很难生长的。在人体中，肿瘤末期，内部会开始糜烂，就是因为内部血管无法深入，细胞营养与代谢无法正常进行，造成大面积细胞死亡。所以在体外培养癌细胞，即便是3D培养，也很难解决血管无法深入肿瘤组织内部的问题，阻止肿瘤组织坏死。
另外，栓塞肿瘤组织中的血管可以造成肿瘤细胞由于营养不足而坏死。但是癌细胞是会转移的，这才是癌症最要命的地方！并且肿瘤组织的被破坏，往往会加速肿瘤细胞的扩散，所以坏死的肿瘤比完好的肿瘤更加致命！

长长的路

看到评论区有人怀疑5000万吨这个数字，我又Google了一下，这个数字来源于2010年的一篇学术文章：


2010年的Cell上面也提到了这个数字：


也有说20吨和2000万吨的，不过我没找到来源。
管他5000万吨还是20吨，反正——都不是一个小数目！
<hr/>原回答：还记得课本里提过的海拉细胞系么？
它是1951年从一位叫海瑞塔·拉科斯的非裔美国妇女身上提取下来的癌细胞。
一位科学家估算，如果把人们培养过的所有海拉细胞堆在一起，它们将重达 5000 万吨[1]——这可是个天文数字，因为一个细胞几乎没有任何重量。还有一位科学家进行了另一种估算，如果把世上所有的海拉细胞依次排开，总长度将超过 10 万公里，这个长度几乎可绕地球三周。而海拉本人的身高只有一米五多一点。