体外三维模型或揭示癌细胞转移机制

2013-04-22 09:35:28  来源:人民日报

  癌症之所以致命,根本原因之一在于肿瘤细胞临床上的转移性,但是人们对肿瘤细胞侵袭和转移过程的认识尚不清楚。

  现在,一项研究有望揭示肿瘤细胞的转移机制,帮助我们更加深入理解癌症的致命机理,从而为探索新治疗手段提供思路。

  近日,中科院物理研究所公布了一项新研究进展。该所刘雳宇研究员与美国科学家合作,利用微加工工艺在体外构建出了一种模拟肿瘤细胞侵袭的三维微环境,尝试寻求一种不同于传统临床活体试验方式,研究和探索肿瘤细胞侵袭和转移的机制。

  刘雳宇说,肿瘤细胞的侵袭环境和转移过程都非常复杂,肿瘤细胞群侵袭人体组织都是在三维的微环境“战场”开始,而现有的癌症生物实验通常是在培养皿中进行,其细胞二维生长环境已不足以模拟肿瘤细胞的空间侵袭。

  基于微加工的三维体外模型,虽不能完全模拟出活体中的复杂环境,但是可以模拟出肿瘤细胞生长和发展的基本条件,且三维体外模型可以更容易地观察肿瘤细胞群的转移,控制并改变微环境,对肿瘤细胞的侵袭生物行为进行较为精确的定量研究。

  在三维微环境中,科学家首先构建了葡萄糖营养梯度来诱使转移性肿瘤细胞进行侵袭。

  “就像蜜蜂会顺着花香采蜜一样,有了吸引因子的梯度,便能激发转移性肿瘤细胞的三维侵袭。”刘雳宇说。

  同时,研究人员将乳腺癌细胞进行荧光转染,配合共聚焦显微镜观测细胞在三维人造组织中的侵袭行为。

  “共聚焦显微镜的三维影像技术,便于我们直观观测侵袭细胞在三维空间中的具体位置,这是简单二维环境下所不能得到的信息。”研究人员称。

  在三维模型中,科学家不仅比较了转移性肿瘤细胞和非转移性肿瘤细胞不同的侵袭特性,还得到了转移性肿瘤细胞在模拟的人造组织中进行侵袭的三维轨迹视图。

  “研究证实了在体外利用微加工技术构建侵袭模型的思路是可行的,今后非常有希望在此基础上进一步拓展来模拟肿瘤细胞的转移过程。”刘雳宇说。

  更有趣的是,刘雳宇和其合作者还发现,当肿瘤细胞群在侵袭细胞外基质时,领头的细胞出现了周期性交换位置。

  “这表明肿瘤细胞之间在侵袭组织的过程中可能存在着相互协作的博弈行为。” 刘雳宇说,“打个比方,这就像环法自行车比赛中,车手开始比赛时相互默契领头的策略。为了克服风阻这一不利影响,选手们会自发地轮流领头。”

  这一“合作”机制的存在,帮助车手节省体力到比赛后期进行全力的冲刺,得到更好的成绩。肿瘤细胞可能也采取类似的“合作”机制,成为帮助癌细胞快速扩散的原因之一。

  刘雳宇认为,如果事实如实验揭示一样,那么在实际治疗中,我们也许可以逆向思考,在未来通过某种手段让细胞变得“自私”,这样在博弈中就会达到细胞与细胞之间相互不合作的结果,从而侵袭和转移减缓,开辟一条治疗癌症的新思路。

  此外,研究者还发现细胞群在侵袭过程中产生了力场。这种对细胞外间质的合力是指向细胞群自身的收缩力,进一步证明肿瘤细胞在侵袭过程中有“拉扯”细胞外基质的现象。

  刘雳宇说,证明了在体外构建和模拟体内三维环境的可行性,为未来研究癌症转移奠定了基础,但这仅仅是该项研究的起步阶段,要得出更多实际指导价值的成果,未来还必须与生物学家和病理学家展开更加深入的沟通与协作。

  研究相关成果发表在近期的《美国国家科学院院刊》上。业内专家评价,体外三维模型的研究方法,对于认识细胞侵袭过程中的群体生物行为、理解癌症转移性的机理具有十分重要的意义。

责任编辑: 房小葵
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