Cancer Res：近距离观察癌细胞转移的新设备
最近，约翰霍普金斯大学的工程师发明了一种设备，可让癌症研究人员在前所未有的显微结构水平上，来研究癌细胞转移(metastasis)——肿瘤细胞在体内扩散的复杂方式，造成超过90%的癌症相关死亡。该装置通过精确阐明肿瘤细胞是如何扩散的，能够发现新的方法来阻止癌症。
来自约翰霍普金斯大学怀廷工程学院(Whiting School of Engineering)及纳米生物技术研究所(INBT)的发明者，将这一新系统的细节和图像，发表在最近的《Cancer Research》杂志。他们的文章报道了成功的测试实验，当人类乳腺癌细胞钻过重组身体组织材料，一路进入人造血管时，捕捉到了这个过程的视频。
本文第一作者、材料科学和工程系博士研究生Andrew D. Wong说：“对于肿瘤细胞如何在体内迁移，我们还有很多不知道的地方，部分是因为，即使使用最好的成像技术，我们也还没有精确地看到，这些单细胞是如何进入血管的。我们的新工具，使我们能够更清晰地近距离观察这个过程。”
Wong说，利用这个新的实验平台，研究人员能够在癌细胞爬过一种三维胶原基质时，记录单个癌细胞运动的视频。当癌细胞脱离并尝试迁移到身体其他部位时，这种材料类似于肿瘤周围的人体组织。这个过程称为入侵(invasion)。
Wong还收集了单个癌细胞探查和挤过人工血管壁(内衬有人类内皮细胞——排列于人类血管内壁的相同细胞)的视频。通过这个过程(称为intravasion)进入血液，癌细胞能够“搭顺风车”到达身体的其他部位，并开始形成致命的新肿瘤。
为了观察这些重要的转移早期阶段，Wong在一个小的透明芯片上重复了这些过程，这个芯片将人工血管和周围组织材料合并。一种营养丰富的溶液流过人工血管，模拟血管的性能。乳腺癌细胞，被分别插入，聚集在血管附近的组织中，被加以荧光标签，使它们的行为能够被发现，通过显微镜观察系统进行跟踪和记录。
Wong的博士生导师、INBT主任、材料科学和工程学教授Peter Searson称，他的研究生在五年前接手这一具有挑战性的项目，最终产生了令人印象深刻的结果。
Searson是本文的通讯作者、约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心成员，他指出：“Andrew能够构建一种功能性的人工血管和微环境，使我们能够捕捉到转移过程中的细节。在过去，我们几乎不可能在这种清晰度水平上，看到这一过程所涉及到的步骤。我们已经取得了重大的飞跃。”
这种改进的观察方式，应该能让癌症研究人员更清晰地看到，当细胞离开肿瘤、移动通过周围组织和靠近血管时，所发生的复杂物理和生化相互作用。例如，新的实验室设备能够让发明者看到癌细胞的详细图像，当它在血管壁上发现一个弱点时，对其施加压力，挤过足够远，因此经过的电流的力量将其扫进循环流体中。
Wong说：“如果不是因为癌细胞具有进入我们血液和接近远处部位的能力，它们要离开原始肿瘤部位的话，会有一段艰难的时间。所以，实际上是癌细胞进入血液的能力，使得癌症能够很快扩散。”对这个过程了解更多，可以发现挫败癌症转移的关键。
Wong说：“这个设备将允许我们看到转移的主要步骤，以较快的速度检测不同的治疗策略。如果我们能找到一种方法，在癌细胞转移阶梯反应(metastatic cascade)中停止这些步骤，我们也许就能够找到一种新的策略，来减缓甚至停止癌细胞的扩散。”
接下来，研究人员计划使用这一设备，尝试各种抗癌药物，以对药物如何发挥作用以及如何改进它们，有一个更好的了解。
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项目成果
