这些发现源于多年艰苦细致的实验室工作，包括对在小鼠体内生长的肿瘤进行仔细检查。
在弗吉尼亚理工大学攻读生物科学的硕士生梅根·斯威特（Megan Sweet）将大部分时间花在制备极薄的肿瘤组织切片上。在冷藏金属箱内，她小心翼翼地调整一个安装好的、大约小拇指指甲盖大小的肿瘤，使其靠近锋利的切片刀。
“这全在于微调，并确保切出的切片均匀，”学习生物科学的斯威特说。
当刀片切过组织时，会发出稳定而有节奏的切割声。
“这是最困难、最耗时的部分，”斯威特说。“但这也有些冥想的意味。”
每个切片都切得极薄，以至于光线可以穿透。斯威特小心翼翼地将这块脆弱的组织转移到载玻片上，在那里对选定的细胞结构进行染色，以便在强大的显微镜下更容易区分它们。
该过程包括反复多轮的切片、染色、检查和比对样本。尽管过程艰辛，但这项工作正帮助科学家们拼凑出为什么某些肿瘤比其他肿瘤危险得多的原因。
弗吉尼亚理工大学团队发表了为癌症发生和进展机制提供新见解的研究成果。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，其他相关发现已于今年早些时候发表在《癌症研究》（Cancer Research）上。
染色体错误如何助长癌症
人体内大多数健康细胞都是二倍体，这意味着它们包含两套完整的染色体，分别遗传自父母双方。
在正常情况下，这些细胞分裂产生具有相同染色体排列的新细胞。然而，分裂过程中偶尔会出错，导致细胞含有异常数量的染色体。
当这些错误在随后的细胞分裂中被传递下去时，它们会随着时间的推移而积累。这种变化是癌症发生的方式之一。
在过去的五年里，斯威特和她的研究生同学马特·布鲁姆菲尔德（Mat Bloomfield）与细胞生物学家丹妮拉·奇米尼（Daniela Cimini）合作，研究携带异常数量染色体的细胞，这是癌症的一个常见特征。
为了研究这些异常的后果，奇米尼团队对二倍体癌细胞进行了人工干预，使其复制染色体但不完成细胞分裂。
结果产生了一种被称为四倍体细胞的细胞，它包含四套完整的染色体，而不是通常的两套。
这些细胞并不局限于实验室实验。四倍体细胞也可能在人类肿瘤发展过程中出现，它们的存在与癌症进展和患者较差的预后有关。
癌细胞招募健康细胞以促进肿瘤生长
科学家们早就认识到四倍体细胞会使肿瘤更具侵袭性。但此前尚不清楚它们究竟是如何促进癌症生长的。
为了进行调查，斯威特和布鲁姆菲尔德将普通二倍体癌细胞发展而来的肿瘤与四倍体癌细胞形成的肿瘤进行了比较。
实验产生了一个意想不到的结果。
随着肿瘤在小鼠体内生长，四倍体细胞的比例实际上下降了。尽管比例下降，肿瘤仍继续迅速扩大并达到相当大的体积。
研究人员发现，四倍体癌细胞会促进基质细胞的招募，这些基质细胞是提供结构支持的非癌性结缔组织细胞。
这些额外的细胞似乎创造了一个有利于肿瘤进一步发展的环境。
“即使只有一小部分四倍体细胞存在，也能促进额外非癌细胞的招募，从而支持肿瘤的进一步进展，”斯威特说。
这一发现揭示了一种以前未被认识的机制，即异常的癌细胞即使在肿瘤中只占很小一部分，也能通过该机制促进肿瘤生长。
较小的癌细胞揭示出令人惊讶的危险
另一项调查揭示了四倍体细胞与癌症侵袭性之间另一个意想不到的联系。
布鲁姆菲尔德最初在检查四倍体细胞的物理特征。在从人类癌细胞产生四倍体细胞并建立源自单个细胞的集落后，他注意到形成的细胞群大小并不完全相同。
由于四倍体细胞包含的染色体套数是正常的两倍，研究人员预计它们的体积大约是二倍体细胞的两倍。
然而，其中一些细胞比预期小了25%到30%。
更令人惊讶的是，事实证明，那些较小的细胞比它们较大的同类细胞更具形成侵袭性肿瘤的能力。
“较小的克隆更具侵袭性，”布鲁姆菲尔德说。“它们生长得更快，侵袭性更强，对常见的抗癌药物和诱导应激的药物具有更高的耐受性。”
在小鼠身上进行的进一步实验证实了这些观察结果。含有较小四倍体细胞的肿瘤通常比含有较大四倍体细胞的肿瘤生长得更快。
这种模式并不局限于单一类型的癌症。研究人员在结直肠癌和乳腺癌细胞中都观察到了相似的结果，这表明四倍体细胞大小与肿瘤侵袭性之间的关系可能适用于不同的癌症。
癌细胞大小可能有助于预测患者生存率
研究人员接下来检查了在人类癌症中是否能发现同样的关系。
他们分析了来自癌症基因组图谱（Cancer Genome Atlas）的信息，这是一个包含数千名癌症患者样本详细数据的大型数据库。
结果显示，在几种癌症类型中，较小的四倍体细胞与较差的预后和较低的生存率相关。
这表明，测量这些异常细胞的大小可以提供关于肿瘤侵袭性强弱的有价值信息。
“我们已经知道四倍体可以使细胞更具致瘤性，但现在我们了解到，如果将细胞大小纳入考量，可以更好地预测其致瘤潜力，”奇米尼说。
这些发现为科学家们对癌症的认识增加了一个重要维度。异常的染色体数量长期以来一直与危险的肿瘤行为有关，但新的研究表明，细胞大小可能为癌症生长和扩散的潜力提供额外的线索。
该团队现在计划更详细地调查导致这些效应的生物学机制，同时继续检查人类癌症数据。
对斯威特来说，这意味着要在实验台前花费更多时间，仔细切割并分析微小的肿瘤组织切片，以寻找癌症生物学中最重要问题之一的答案。