傷口愈合和癌細(xì)胞侵襲等生物過程依賴于活細(xì)胞的集體和協(xié)調(diào)運(yùn)動。影響這些過程的一個(gè)鮮為人知的方面是身體不同部位內(nèi)部和之間的壓力差。哥廷根大學(xué)和明斯特大學(xué)的研究人員使用膠原基質(zhì)中的宮頸癌細(xì)胞設(shè)計(jì)了模型腫瘤系統(tǒng)，以研究壓力差是否可以將癌細(xì)胞推入周圍環(huán)境。將模型腫瘤嵌入軟基質(zhì)后，增加的壓力導(dǎo)致突然爆發(fā)的快速和協(xié)調(diào)的細(xì)胞運(yùn)動，從腫瘤向外噴射。他們的結(jié)果發(fā)表在Advanced Science上。
研究人員使用他們可以控制的簡單 3D 組織中的宮頸癌細(xì)胞團(tuán)設(shè)計(jì)了他們的模型系統(tǒng)，使他們能夠系統(tǒng)地研究細(xì)胞在不同壓力和環(huán)境中的行為。通常，單個(gè)細(xì)胞為了移動而對其環(huán)境施加力，而集體運(yùn)動由細(xì)胞間的力協(xié)調(diào)，因?yàn)樗鼈冋吃谝黄鸩⒕奂谝黄?。然而，這種新模型使研究人員能夠測量其他促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動的機(jī)制，例如體內(nèi)不同區(qū)域之間的壓力差。
使用允許科學(xué)家甚至在單個(gè)細(xì)胞水平上跟蹤腫瘤變形的成像技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，軟基質(zhì)中增加的壓力通過觸發(fā)細(xì)胞腫脹來驅(qū)動協(xié)調(diào)的細(xì)胞運(yùn)動，而與細(xì)胞間的粘性無關(guān)。在將 3D 宮頸癌細(xì)胞團(tuán)塊嵌入軟膠原蛋白基質(zhì)中 8 小時(shí)后，它們突然爆發(fā)出大量癌細(xì)胞。當(dāng)您將拇指按在頂部時(shí)，這種類似流體的推動機(jī)制表現(xiàn)出高細(xì)胞速度和突然的超級擴(kuò)散運(yùn)動，就像從軟管中噴出的水一樣。事實(shí)上，快速爆發(fā)似乎殺死了大約 80% 的細(xì)胞，但令人驚訝的是，剩余的細(xì)胞在接下來的四天里成功地嵌入到相同的環(huán)境中，并成倍增加。"這意味著在最初的爆發(fā)后，剩余的活細(xì)胞仍然可以大量分裂和遷移。重要的是，當(dāng)這種情況發(fā)生在人體內(nèi)時(shí)，這可能被證明是極其危險(xiǎn)的，通常會擊敗當(dāng)前的癌癥治療方法，”哥廷根大學(xué)生物物理研究所的 Timo Betz 教授解釋說。
嵌入更硬的膠原蛋白中的腫瘤模型并沒有以同樣的方式表現(xiàn)。事實(shí)上，即使在 7 天后，也完全沒有爆發(fā)，這表明組織中的壓力差是影響的重要部分。研究人員可以在較硬的膠原蛋白中觸發(fā)“細(xì)胞爆裂”的唯一方法是在特定區(qū)域引入弱點(diǎn)。
在這種新觀察到的現(xiàn)象中，成組的細(xì)胞腫脹增加了將癌細(xì)胞推到基質(zhì)抵抗力較低的區(qū)域的內(nèi)在壓力。“這種壓力驅(qū)動的效應(yīng)可能會為體內(nèi)的原發(fā)性腫瘤提供一個(gè)特殊的優(yōu)勢：它使它們能夠突破第一層膜屏障，并讓它們有機(jī)會擴(kuò)散到身體的其他部位，或轉(zhuǎn)移，”Betz 說。他補(bǔ)充說：“這提供了新的證據(jù)，表明應(yīng)考慮壓力驅(qū)動效應(yīng)，以幫助我們更好地了解參與細(xì)胞和組織運(yùn)動以及癌細(xì)胞侵襲的機(jī)械力。了解這種細(xì)胞團(tuán)運(yùn)動是描述和治療癌癥和治療癌癥的基礎(chǔ)。類似的疾病。”
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