體外三維模型或揭示癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制
2013-04-22
癌癥之所以致命，根本原因之一在于腫瘤細(xì)胞臨床上的轉(zhuǎn)移性，但是人們對(duì)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程的認(rèn)識(shí)尚不清楚。
現(xiàn)在，一項(xiàng)研究有望揭示腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移機(jī)制，幫助我們更加深入理解癌癥的致命機(jī)理，從而為探索新治療手段提供思路。
近日，中科院物理研究所公布了一項(xiàng)新研究進(jìn)展。該所劉靂宇研究員與美國(guó)科學(xué)家合作，利用微加工工藝在體外構(gòu)建出了一種模擬腫瘤細(xì)胞侵襲的三維微環(huán)境，嘗試尋求一種不同于傳統(tǒng)臨床活體試驗(yàn)方式，研究和探索腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的機(jī)制。
劉靂宇說(shuō)，腫瘤細(xì)胞的侵襲環(huán)境和轉(zhuǎn)移過(guò)程都非常復(fù)雜，腫瘤細(xì)胞群侵襲人體組織都是在三維的微環(huán)境“戰(zhàn)場(chǎng)”開(kāi)始，而現(xiàn)有的癌癥生物實(shí)驗(yàn)通常是在培養(yǎng)皿中進(jìn)行，其細(xì)胞二維生長(zhǎng)環(huán)境已不足以模擬腫瘤細(xì)胞的空間侵襲。
基于微加工的三維體外模型，雖不能完全模擬出活體中的復(fù)雜環(huán)境，但是可以模擬出腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)展的基本條件，且三維體外模型可以更容易地觀察腫瘤細(xì)胞群的轉(zhuǎn)移，控制并改變微環(huán)境，對(duì)腫瘤細(xì)胞的侵襲生物行為進(jìn)行較為精確的定量研究。
在三維微環(huán)境中，科學(xué)家首先構(gòu)建了葡萄糖營(yíng)養(yǎng)梯度來(lái)誘使轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞進(jìn)行侵襲。
“就像蜜蜂會(huì)順著花香采蜜一樣，有了吸引因子的梯度，便能激發(fā)轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞的三維侵襲?！眲㈧Z宇說(shuō)。
同時(shí)，研究人員將乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行熒光轉(zhuǎn)染，配合共聚焦顯微鏡觀測(cè)細(xì)胞在三維人造組織中的侵襲行為。
“共聚焦顯微鏡的三維影像技術(shù)，便于我們直觀觀測(cè)侵襲細(xì)胞在三維空間中的具體位置，這是簡(jiǎn)單二維環(huán)境下所不能得到的信息?！毖芯咳藛T稱。
在三維模型中，科學(xué)家不僅比較了轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞和非轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞不同的侵襲特性，還得到了轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞在模擬的人造組織中進(jìn)行侵襲的三維軌跡視圖。
“研究證實(shí)了在體外利用微加工技術(shù)構(gòu)建侵襲模型的思路是可行的，今后非常有希望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展來(lái)模擬腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程?！眲㈧Z宇說(shuō)。
更有趣的是，劉靂宇和其合作者還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腫瘤細(xì)胞群在侵襲細(xì)胞外基質(zhì)時(shí)，領(lǐng)頭的細(xì)胞出現(xiàn)了周期性交換位置。
“這表明腫瘤細(xì)胞之間在侵襲組織的過(guò)程中可能存在著相互協(xié)作的博弈行為。” 劉靂宇說(shuō)，“打個(gè)比方，這就像環(huán)法自行車比賽中，車手開(kāi)始比賽時(shí)相互默契領(lǐng)頭的策略。為了克服風(fēng)阻這一不利影響，選手們會(huì)自發(fā)地輪流領(lǐng)頭?！?
這一“合作”機(jī)制的存在，幫助車手節(jié)省體力到比賽后期進(jìn)行全力的沖刺，得到更好的成績(jī)。腫瘤細(xì)胞可能也采取類似的“合作”機(jī)制，成為幫助癌細(xì)胞快速擴(kuò)散的原因之一。
劉靂宇認(rèn)為，如果事實(shí)如實(shí)驗(yàn)揭示一樣，那么在實(shí)際治療中，我們也許可以逆向思考，在未來(lái)通過(guò)某種手段讓細(xì)胞變得“自私”，這樣在博弈中就會(huì)達(dá)到細(xì)胞與細(xì)胞之間相互不合作的結(jié)果，從而侵襲和轉(zhuǎn)移減緩，開(kāi)辟一條治療癌癥的新思路。
此外，研究者還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞群在侵襲過(guò)程中產(chǎn)生了力場(chǎng)。這種對(duì)細(xì)胞外間質(zhì)的合力是指向細(xì)胞群自身的收縮力，進(jìn)一步證明腫瘤細(xì)胞在侵襲過(guò)程中有“拉扯”細(xì)胞外基質(zhì)的現(xiàn)象。
劉靂宇說(shuō)，證明了在體外構(gòu)建和模擬體內(nèi)三維環(huán)境的可行性，為未來(lái)研究癌癥轉(zhuǎn)移奠定了基礎(chǔ)，但這僅僅是該項(xiàng)研究的起步階段，要得出更多實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值的成果，未來(lái)還必須與生物學(xué)家和病理學(xué)家展開(kāi)更加深入的溝通與協(xié)作。
研究相關(guān)成果發(fā)表在近期的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。業(yè)內(nèi)專家評(píng)價(jià)，體外三維模型的研究方法，對(duì)于認(rèn)識(shí)細(xì)胞侵襲過(guò)程中的群體生物行為、理解癌癥轉(zhuǎn)移性的機(jī)理具有十分重要的意義。
