乳腺癌细胞利用力打开通过组织的通道

一种新方法揭示了癌细胞可以通过快速向组织材料施加力来扩散。

了解癌症如何生长和扩散的研究通常是在二维、扁平的细胞培养物上进行的，这与体内细胞的三维结构非常不同。已经开发了包含组织材料的3D细胞培养物，但缺乏测量癌细胞如何使用力扩散的方法。

现在，研究人员开发了一种3D培养的新方法，可以准确量化癌细胞如何产生在组织内扩散的力量。“我们已经应用这种方法来调查乳腺癌的早期进展，”领导这项研究的阿尔托大学首席研究员Juho Pokki说。

这项研究是阿尔托大学和斯坦福大学科学家之间的合作，发表在《纳米快报》杂志上。

纳米球测量累积成更强力的力脉冲

原发性肿瘤可以在乳房导管内形成，其中癌细胞被称为基底膜的特殊膜限制。乳腺癌细胞比这些膜中的孔大，因此它们必须突破才能扩散到其他组织。以前，研究人员认为细胞使用酶来溶解膜，但现在据了解，乳腺癌细胞使用另一种涉及细胞突起的机制穿过膜。

“在这种机制中，乳腺癌细胞利用突起产生的力来打开膜材料内的通道。然后，癌细胞进入周围组织，并可能进一步进入血管扩散到身体的其他部位。事实上，血管也被基底膜包围。乳腺癌细胞可能使用类似的机制来突破这些基底膜，“Pokki解释说。

斯坦福大学的Ovijit Chaudhuri教授的小组最初在2018年发现了这种突出机制。与他的团队合作一直是这项工作生理意义的关键，“Pokki说。

这项新研究使用由乳腺癌细胞和标准基底膜材料组成的3D细胞培养物。在3D培养物中，研究人员嵌入了两种类型的生物相容性球体：一种类型随着癌细胞产生的力移动，另一种测量了力约束机制。使用改进的荧光显微镜拍摄这些球体的视频并在纳米尺度上跟踪它们。

这使得研究人员能够测量来自癌细胞的力脉冲。“以前的研究已经测量了细胞突起在较长时间内的运动，但我们的研究表明，在短短15分钟内可以发生很多事情。我们在几秒钟内看到了纳米级的运动和力脉冲，这令人吃惊。此外，这些脉冲累积，导致施加在膜材料上的更强的力，“Pokki说。

“这是目前测量细胞力如何在3D培养中产生的最准确的方法，”Pokki补充道。

迈向更高效和个性化的药物开发

乳腺癌是全球女性最常见的癌症形式。仅在欧盟，每年就有超过 350，000 名妇女被诊断出患有乳腺癌。

开发针对乳腺癌的药物成本高昂，速度慢且通常效率低下，因为使用2D细胞培养物和动物实验选择的候选药物中只有不到<>%在人体临床试验中被证明是有效的。

“我们的方法提供了乳腺癌侵袭期间细胞力的更准确的计算数据。我们的团队将这些方法与显微镜技术相结合，使3D细胞培养领域的实验更具可重复性。我相信技术发展最终将推动临床前研究。我们已经在个性化癌症医学领域启动了一个相关项目，“Pokki透露。