體外三維模型或揭示癌細胞轉(zhuǎn)移機制
2013-04-22
癌癥之所以致命，根本原因之一在于腫瘤細胞臨床上的轉(zhuǎn)移性，但是人們對腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移過程的認識尚不清楚。
現(xiàn)在，一項研究有望揭示腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移機制，幫助我們更加深入理解癌癥的致命機理，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新研究進展。該所劉靂宇研究員與美國科學家合作，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)臨床活體試驗方式，研究和探索腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移的機制。
劉靂宇說，腫瘤細胞的侵襲環(huán)境和轉(zhuǎn)移過程都非常復雜，腫瘤細胞群侵襲人體組織都是在三維的微環(huán)境“戰(zhàn)場”開始，而現(xiàn)有的癌癥生物實驗通常是在培養(yǎng)皿中進行，其細胞二維生長環(huán)境已不足以模擬腫瘤細胞的空間侵襲。
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雜環(huán)境，但是可以模擬出腫瘤細胞生長和發(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胞群的轉(zhuǎn)移，控制并改變微環(huán)境，對腫瘤細胞的侵襲生物行為進行較為精確的定量研究。
在三維微環(huán)境中，科學家首先構(gòu)建了葡萄糖營養(yǎng)梯度來誘使轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞進行侵襲。
“就像蜜蜂會順著花香采蜜一樣，有了吸引因子的梯度，便能激發(fā)轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞的三維侵襲。”劉靂宇說。
同時，研究人員將乳腺癌細胞進行熒光轉(zhuǎn)染，配合共聚焦顯微鏡觀測細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)，便于我們直觀觀測侵襲細胞在三維空間中的具體位置，這是簡單二維環(huán)境下所不能得到的信息。”研究人員稱。
在三維模型中，科學家不僅比較了轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞和非轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞不同的侵襲特性，還得到了轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞在模擬的人造組織中進行侵襲的三維軌跡視圖。
“研究證實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上進一步拓展來模擬腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移過程。”劉靂宇說。
更有趣的是，劉靂宇和其合作者還發(fā)現(xiàn)，當腫瘤細胞群在侵襲細胞外基質(zhì)時，領頭的細胞出現(xiàn)了周期性交換位置。
“這表明腫瘤細胞之間在侵襲組織的過程中可能存在著相互協(xié)作的博弈行為?！?劉靂宇說，“打個比方，這就像環(huán)法自行車比賽中，車手開始比賽時相互默契領頭的策略。為了克服風阻這一不利影響，選手們會自發(fā)地輪流領頭?！?
這一“合作”機制的存在，幫助車手節(jié)省體力到比賽后期進行全力的沖刺，得到更好的成績。腫瘤細胞可能也采取類似的“合作”機制，成為幫助癌細胞快速擴散的原因之一。
劉靂宇認為，如果事實如實驗揭示一樣，那么在實際治療中，我們也許可以逆向思考，在未來通過某種手段讓細胞變得“自私”，這樣在博弈中就會達到細胞與細胞之間相互不合作的結(jié)果，從而侵襲和轉(zhuǎn)移減緩，開辟一條治療癌癥的新思路。
此外，研究者還發(fā)現(xiàn)細胞群在侵襲過程中產(chǎn)生了力場。這種對細胞外間質(zhì)的合力是指向細胞群自身的收縮力，進一步證明腫瘤細胞在侵襲過程中有“拉扯”細胞外基質(zhì)的現(xiàn)象。
劉靂宇說，證明了在體外構(gòu)建和模擬體內(nèi)三維環(huán)境的可行性，為未來研究癌癥轉(zhuǎn)移奠定了基礎，但這僅僅是該項研究的起步階段，要得出更多實際指導價值的成果，未來還必須與生物學家和病理學家展開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《美國國家科學院院刊》上。業(yè)內(nèi)專家評價，體外三維模型的研究方法，對于認識細胞侵襲過程中的群體生物行為、理解癌癥轉(zhuǎn)移性的機理具有十分重要的意義。
