Canc Res:近距離觀察癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的新設(shè)備
日期:2014-11-04 08:50:06
最近,約翰霍普金斯大學(xué)的工程師發(fā)明了一種設(shè)備,可讓癌癥研究人員在前所未有的顯微結(jié)構(gòu)水平上,來研究癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移(metastasis)——腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)擴散的復(fù)雜方式,造成超過90%的癌癥相關(guān)死亡。該裝置通過精確闡明腫瘤細(xì)胞是如何擴散的,能夠發(fā)現(xiàn)新的方法來阻止癌癥。
來自約翰霍普金斯大學(xué)懷廷工程學(xué)院(Whiting School of Engineering)及納米生物技術(shù)研究所(INBT)的發(fā)明者,將這一新系統(tǒng)的細(xì)節(jié)和圖像,發(fā)表在最近的《Cancer Research》雜志。他們的文章報道了成功的測試實驗,當(dāng)人類乳腺癌細(xì)胞鉆過重組身體組織材料,一路進入人造血管時,捕捉到了這個過程的視頻。
本文第一作者、材料科學(xué)和工程系博士研究生Andrew D. Wong說:“對于腫瘤細(xì)胞如何在體內(nèi)遷移,我們還有很多不知道的地方,部分是因為,即使使用最好的成像技術(shù),我們也還沒有精確地看到,這些單細(xì)胞是如何進入血管的。我們的新工具,使我們能夠更清晰地近距離觀察這個過程。”
Wong說,利用這個新的實驗平臺,研究人員能夠在癌細(xì)胞爬過一種三維膠原基質(zhì)時,記錄單個癌細(xì)胞運動的視頻。當(dāng)癌細(xì)胞脫離并嘗試遷移到身體其他部位時,這種材料類似于腫瘤周圍的人體組織。這個過程稱為入侵(invasion)。
Wong還收集了單個癌細(xì)胞探查和擠過人工血管壁(內(nèi)襯有人類內(nèi)皮細(xì)胞——排列于人類血管內(nèi)壁的相同細(xì)胞)的視頻。通過這個過程(稱為intravasion)進入血液,癌細(xì)胞能夠“搭順風(fēng)車”到達身體的其他部位,并開始形成致命的新腫瘤。
為了觀察這些重要的轉(zhuǎn)移早期階段,Wong在一個小的透明芯片上重復(fù)了這些過程,這個芯片將人工血管和周圍組織材料合并。一種營養(yǎng)豐富的溶液流過人工血管,模擬血管的性能。乳腺癌細(xì)胞,被分別插入,聚集在血管附近的組織中,被加以熒光標(biāo)簽,使它們的行為能夠被發(fā)現(xiàn),通過顯微鏡觀察系統(tǒng)進行跟蹤和記錄。
Wong的博士生導(dǎo)師、INBT主任、材料科學(xué)和工程學(xué)教授Peter Searson稱,他的研究生在五年前接手這一具有挑戰(zhàn)性的項目,最終產(chǎn)生了令人印象深刻的結(jié)果。
Searson是本文的通訊作者、約翰霍普金斯大學(xué)Kimmel癌癥中心成員,他指出:“Andrew能夠構(gòu)建一種功能性的人工血管和微環(huán)境,使我們能夠捕捉到轉(zhuǎn)移過程中的細(xì)節(jié)。在過去,我們幾乎不可能在這種清晰度水平上,看到這一過程所涉及到的步驟。我們已經(jīng)取得了重大的飛躍。”
這種改進的觀察方式,應(yīng)該能讓癌癥研究人員更清晰地看到,當(dāng)細(xì)胞離開腫瘤、移動通過周圍組織和靠近血管時,所發(fā)生的復(fù)雜物理和生化相互作用。例如,新的實驗室設(shè)備能夠讓發(fā)明者看到癌細(xì)胞的詳細(xì)圖像,當(dāng)它在血管壁上發(fā)現(xiàn)一個弱點時,對其施加壓力,擠過足夠遠(yuǎn),因此經(jīng)過的電流的力量將其掃進循環(huán)流體中。
Wong說:“如果不是因為癌細(xì)胞具有進入我們血液和接近遠(yuǎn)處部位的能力,它們要離開原始腫瘤部位的話,會有一段艱難的時間。所以,實際上是癌細(xì)胞進入血液的能力,使得癌癥能夠很快擴散。”對這個過程了解更多,可以發(fā)現(xiàn)挫敗癌癥轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。
Wong說:“這個設(shè)備將允許我們看到轉(zhuǎn)移的主要步驟,以較快的速度檢測不同的治療策略。如果我們能找到一種方法,在癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移階梯反應(yīng)(metastatic cascade)中停止這些步驟,我們也許就能夠找到一種新的策略,來減緩甚至停止癌細(xì)胞的擴散。”
接下來,研究人員計劃使用這一設(shè)備,嘗試各種抗癌藥物,以對藥物如何發(fā)揮作用以及如何改進它們,有一個更好的了解。