吴明明领导团队PNAS发文:癌细胞为何要与环境交流

2016-11-30 15:37 来源: 生物通/万纹
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  动物细胞与其周围细胞外基质之间的相互作用,对细胞功能,包括细胞生长和迁移有重要的影响,但是关于这些方面的调控机制,科学家们了解的还非常少。

  由康奈尔大学生物工程师和宾州大学研究人员组成的多学科研究小组研发了一种检测细胞力的新技术,并利用这一技术分析了一个乳腺癌细胞与其纤维环境之间的相互作用,这对于多个研究方向具有重要,比如免疫学与癌症生物学,也能帮助科学家们设计出更好的组织工程生物支架。

  这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上,领导这一研究的是康奈尔大学的吴明明(Mingming Wu,音译)教授,作为一位生物工程师,多年前,她的实验室开发出一种琼脂糖凝胶微流体设备,解析了正常想和肿瘤细胞的新迁移机制。

  在这篇文章中,研究组设计了一种3D牵引力显微镜(traction-force microscopy),检测胶原基质中分散的荧光标记珠,研究人员将这些微珠放在乳腺癌细胞基质中,宾州大学的Vivek Shenoy研究组就此计算出细胞牵引力。

  “细胞基质就像是一根绳子,细胞为了能移动,就必须在这根绳子上使力,”吴教授说,“就癌症转移来说,如果细胞不迁移,那么就会是一个良性肿瘤,一般不危及生命。”一旦癌细胞开始迁移,就有可能会出现严重问题,给身体带来多方面影响。

  这项研究指出,这种细胞与基质之间的交流也许是靶向癌症治疗的一个新方法,“我相信每一次的技术进步都将促进科学发现,”她说。

  细胞迁移是个复杂的过程,意味着细胞摆脱束缚,在生物体内移动,并侵入新的组织。然而,癌细胞迁移的研究,还面临着独特的挑战。肿瘤是个异质性的群体,只有一小部分细胞能够获得迁移的特性,并移动到新的组织。根据微环境的不同,转移细胞表现出善变的迁移模式。

  研究人员在研究迁移时,面临着艰难的选择。一方面,他们需要简化的体外系统,来检验特定的假说和解析运动的机制。另一方面,他们又想要在组织和活体的背景下研究这些机制。这种矛盾促使越来越多的研究人员开始求助于三维(3D)模型和活体成像技术。

  荷兰内梅亨分子科学研究所的Peter Friedl认为,过去十年3D模型的开发对于细胞迁移的研究是至关重要的。这些复杂的模型让研究人员能够控制支架的孔径和硬度等因素,这些对细胞运动可能很重要。最近,Yamada的研究小组就在正常和肿瘤细胞中发现了一种全新的迁移机制,其中细胞利用类似活塞的核向前运动。

  过去十年,细胞迁移的研究已经从基本机理转移到疾病病理。之前,依靠透明的动物,比如线虫、斑马鱼,人们已经获得了细胞在体内迁移的基本见解。如今,人们开始高难度的挑战,以哺乳动物作为研究目标。当然,这很困难。小鼠组织是不透明的,可见光只能穿透100微米,而且生成一定数量的小鼠模型很昂贵,也很耗时。

  尽管如此,越来越多的研究人员还是采用活体成像技术来研究小鼠中的细胞迁移。这种技术依赖转基因小鼠以及显示肿瘤细胞的荧光报告分子,之后再利用显微镜来追踪。

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