致细胞从血管脱离，以及获得更多的增殖表型[ 8,52 ]。在这些位置上的内皮细胞从而暴露于肿瘤细胞和激活的周细胞分泌的细胞因子和生长因子之中，同样地间质胶原丰富的ECM作为基底膜被降解[ 8,33,52 ]。在生理情况下，血管的通透性允许血浆蛋白泄漏到周围的基质，建立一个临时的基质（由来源于混合有先前存在的胶原蛋白的血浆中的纤维蛋白，玻连蛋白，纤连蛋白组成），在这之中新的血管可以发芽[ 33 ]。
血管出芽发生通过生物分子信号转导，细胞外基质重塑和细胞迁移的紧密结合实现的。从肿瘤细胞分泌的PDGFβ和VEGF招募周细胞到肿瘤，它可以分泌膜基质金属蛋白酶和铺平内皮细胞血管出芽迁移的道路[ 53 ]。在芽尖的内皮细胞也表达mmpon theirmembranes（1型膜MMP）以帮助促进新血管结构的扩张[ 54 ]。在新芽的柄细胞中，血管内皮细胞酪氨酸磷酸化磷酸酶（VE-PTP）已经证明在内皮细胞分化中起着重要的作用，以及在内皮细胞连接中通过抑制VEGF受体-2参与管腔形成也起重要作用[ 55 ]。在某些类型的肿瘤，缺氧诱导的过度表达赖氨酰氧化酶（LOX），可以通过在肿瘤间质中交联的胶原纤维使ECM变得坚韧[ 54 ]。不同类型的肿瘤表达其他ECM重塑酶和不同类型MMPs，它能给肿瘤相关ECMs特征以从成分、取向、密度和机械性能等方面与正常细胞外基质进行区分[ 56 ]。此外，在肿瘤间质中肿瘤相关成纤维细胞也被称为沉积的临时或肿瘤特异性细胞外基质[ 6 ]。这些不同的酶的重塑和切割加工ECM成活性片段如内皮抑素，肿瘤抑素，和血管能抑素，他们可以和其他可溶性因子
合作来指导肿瘤血管生成[ 51,54 ]。
最近，有研究表明，肿瘤血管生成涉及不仅血管生成，而且也涉及血管发生，血管内皮祖细胞（EPCs）从骨髓中招募到血管部位[ 8 ]。事实上，克贝尔和他的同事们观察到显着的
肿瘤生长抑制当使用抗血管生成治疗联合低剂量节律环磷酰胺，该药物可以抑制EPC活化 [ 57 ]。EPC招募和活化机制还没有很好的建立，仍然有待解释，但一些研究表明，它是受VEGF,MMP-9,HIF-1α,FGF和IL-8等因子的调节[ 58–60 ]。这个机制在Rafii和他的同事们的研究中[ 59 ]有更多细节。此外，癌症干细胞也可以分化为内皮细胞和周细胞支持肿瘤的血管，这在刘和欧阳的文章中有深入的探讨[ 61 ]。
在发展中的血管生成，最后阶段由新基底膜的形成与壁细胞附着于新形成血管组成，后者可以导致血管稳定和成熟[ 33 ]。相反，肿瘤驱动的血管生成缺乏这个阶段，因为肿瘤继续分泌缺氧和血管生成因子，因为它们需要越来越多的氧气和营养物质，以支持他们的无限、 失控的增长。例如，虽然周细胞招募到肿瘤部位，但是他们不会适当地附加到新形成的血管以及不会促进基底膜的形成[ 52 ]。这些受损血管因此是多孔的和漏的，造成不规则的血流量以及为肿瘤转移提供了一个平台[ 6 ]。
图1，图像说明肿瘤血管生成。肿瘤细胞分泌的细胞因子和生长因子诱导分离的周细胞招募和内皮细胞活化，导致血管扩张和分支形成。肿瘤间质的细胞外基质是由肿瘤细胞分泌的酶对其进行重塑的，其富含胶原的基质与血浆蛋白结合，漏出来的生长的萌芽。
图2，肿瘤微环境示意图，使用天然/合成水凝胶材料体外肿瘤模型。水凝胶材料的制造是通过生理条件下的一些物理/化学反应。这些亲水性网络提供三维微环境支持肿瘤的生长（如肿瘤形肽态发生，增殖，迁移以及肿瘤血管生成）通过控制无数的线索，如细胞粘附位点，蛋白水解降解，和基质刚度。
图3，示意图显示体外血管生成模型，包括a.单层EC侵袭模型，b.主动脉环模型，c.生物打印模型和d.先进的灌注式仿生模型，i）针模具[ 113 ]，II）印刻技术微细加工[ 49 ]，和III）3D打印牺牲模具[ 121，122 ]。这些模型，当再加上癌症细胞嵌入在间质性水凝胶基质中，可以应用于模拟肿瘤血管生成。
3、建造癌症细胞生长和血管生成的微环境
当前的体外肿瘤模型的发展方法追求使用3D支架概括主体在体内的微环境，以创造更好的临床前癌症模型。因为肿瘤微环境在肿瘤发生中起着重要作用[ 5,62 ]，许多研究人员都集中在重建复杂的和无数的微环境条件的原生细胞外基质，使用仿生材料。具体而言，水凝胶已被广泛用作3D细胞微环境，由于其基质的生物物理性能[ 63-66 ]。水凝胶材料可以提供动态的微环境以调节细胞的命运，通
过细胞-细胞或细胞-基质相互作用。这些水凝胶材料已经显示出足够的三维细胞微环境用于支持细胞粘附和生长，包括肿瘤细胞在内的多种细胞类型[ 65-67 ]。为了创建微环境以支持癌细胞生长和血管生成，各种天然和合成水凝胶材料已被用做三维人工肿瘤微环境，它可以提供机械支持，同时在基质中可以调节肿瘤行为。图2显示了典型设计的肿瘤微环境，使用天然和合成聚合物创建。这些水凝胶材料是通过大量的物理和/或化学交联反应制造[ 68,69 ]。此外，通过控制水凝胶材料的物理化学和生物学特性，如细胞粘附配体，蛋白水解降解位点，基质刚度，三维地形，更完善的体外肿瘤模型被设计为更好地了解癌症生物学。在这一节中，我们讨论从天然和合成水凝胶来的的水凝胶材料，这些材料为支持肿瘤生长和血管生成提供三维人工肿瘤微环境。
3.1、天然水凝胶材料
ECM，由蛋白多糖，非蛋白多糖，蛋白纤维和糖蛋白组成，在调节细胞行为中起着关键的作用[ 70-73 ]。因此，来源于天然ECM的材料已经被广泛用作支持肿瘤生长和血管生成的三维微环境。 基质胶，一种以层黏蛋白为主要组成成分的基底膜衍生水凝胶，是从Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）鼠肿瘤细胞中提取的[ 74 ]。基质胶广泛应用作为3D微环境以支持肿瘤生长和血管生成，由于其固有的细胞相容性，细胞粘附位点，和其改变物理性质的能力[ 75 ]。比塞尔和他的同事们已经成功地总结了乳腺癌侵袭的体内特点和它们的表型，通过使用基质胶3D培养人乳腺癌细胞[ 76 ]。他们表明，