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微芯片揭示腫瘤細胞如何變侵襲細胞

日期:2014-08-27 09:05:05

 

科學家用一種微芯片作為細胞的“障礙訓練場”,揭示出細胞變形如何把腫瘤從良性變成了具有侵襲性的惡性腫瘤。相關論文發表在近期《自然·材料》雜志上。

 

在上皮—細胞間質轉化(EMT)過程中,上皮細胞會和內部組織粘在一起變成間質細胞,才能擴散和遷移。在胚胎階段這一過程是有利的,讓細胞能在整個胚胎中移動,建立起各種組織。近來研究人員提出,EMT可能在癌癥轉移中也發揮作用,讓癌細胞從腫瘤上脫離,轉移到遠處其他器官開拓新的“殖民地”。

 

 “人們對EMT如何運作,以及它和腫瘤擴展之間有何關系很感興趣,但還沒人知道這是怎樣發生的。”論文第一作者、布朗工程學院與生物醫學工程中心副教授、麻省總醫院博士后研究員王伊恩(音譯)說。

 

據物理學家組織網近日報道,為了理解癌細胞是怎樣運動的,研究人員用微電子處理技術制作出一種PDMS芯片,由一個約半毫米見方的底盤覆蓋一層微柱陣列構成,微柱直徑10微米,間隔10微米,僅容細胞通過。利用顯微鏡和延時攝影技術,研究人員觀察了細胞是怎樣通過芯片的。

 

“基本上,這就像細胞的障礙訓練場,這些柱子的大小和空間都是嚴格控制的。”王伊恩說,“我們能跟蹤每個細胞,按細胞運動方式統計分析,給它們分類。”

 

在實驗中,研究人員從基準良性癌細胞開始(上皮細胞開始表達一種特殊蛋白質),然后用化學物質誘導細胞變成惡性的和間質細胞。當所有細胞都完成轉變后,它們就能在“障礙訓練場”上自由運動了。實驗顯示,細胞表現出兩種運動模式:多數細胞在群體中和其他細胞一起緩慢移動,少數細胞會脫離大部隊,迅速覆蓋到更大的地方。

 

“在細胞遷移時,EMT讓癌細胞升級,把它們從‘經濟車’變成快速‘跑車’。”王伊恩說,“我們的技術能同時跟蹤數千輛‘車’,在擁堵的‘經濟車’車流中,一些‘跑車’會全力向前開,另一些‘跑車’會另辟蹊徑,繞道遠處。”約84%的細胞會待在一起,在芯片底盤上慢慢前進;其他16%的細胞會跑到前面,迅速通過底盤。更令人吃驚的是,那些待在群體中的細胞開始再次表達上皮蛋白,這表明它們已經再次恢復成上皮細胞型。

 

王伊恩還指出:“根據這一發現,人們可以設計出有意義的治療策略,開發一種能讓間質細胞‘跑車’恢復為上皮細胞‘經濟車’的藥物,使它們堵在一起不能動,就不能去侵襲周圍組織了。” 此外,本實驗的技術也能用于前期測試抗遷移藥物。

 


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