转移。这个词本身就会引起恐惧。癌症转移被定义为癌细胞从身体的一个部位扩散到另一个部位，大约90%的癌症患者死亡是由转移引起的。转移是如何发生的?我们能阻止它吗?
东北大学生物工程和化学工程副教授阿南德·阿斯塔吉里(Anand Asthagiri)领导的一个团队的新研究有助于回答这些问题。它提供了一个令人惊讶的生物物理特性，允许乳腺癌细胞通过障碍“滑动”，并从原发肿瘤向血管移动，将它们运送到新的位置。
周二发表在《生物物理杂志》上的这篇论文揭示了肿瘤异常的蛋白质纤维支架和癌细胞本身的敏捷性是如何完美地结合在一起，使癌细胞得以逃脱的。研究人员开发的了解细胞滑动能力的定量方法也可能导致一种新的方法来筛选有效的癌症药物，并帮助早期诊断癌症的阶段。
“我们正在研究癌细胞的迁移和这种滑动现象之间的相互作用，以及肿瘤的蛋白质纤维环境是如何影响癌细胞迁移的，”阿斯塔吉里说。“在这篇论文中，我们表明癌细胞在这些蛋白质纤维上迁移有一种独特的能力，可以增强它们的入侵能力:当它们撞到其他细胞时——微环境中充满了这些细胞——它们会在它们周围滑动。正常的细胞会停止并逆转方向。”
跨学科方法
研究人员的工程背景塑造了他们的跨学科方法:他们着手探索滑动能力的机制及其分子成分。
为此，他们开发了一个模拟蛋白质纤维的模型环境。首先，他们把一种叫做纤维连接蛋白的蛋白质的条纹印在玻璃板上，确保它们代表不同的宽度。“如果你把纤维当作一个圆柱体，想象一下把它切开，打开，然后把它放平，”阿斯塔吉里说。“这基本上就是这些长条纹蛋白质所模仿的。”然后，他们将细胞——交替放置数百个乳腺癌细胞和数百个正常细胞——放在这些纤维状条纹上，并使用具有延时能力的显微镜观察和量化它们的行为。
在6或9微米宽的纤维上——肿瘤纤维的典型尺寸——一半的乳腺癌细胞伸长并在与它们相撞的细胞周围滑动。相反，99%的正常乳腺细胞却发生了逆转。
但是为什么呢?为了了解是什么赋予了癌细胞如此惊人的灵活性，阿斯塔吉里和他的同事们，包括东北大学前研究生研究助理丹尼尔·f·米兰诺(Daniel F. Milano)，在混合物中引入了“遗传扰动”——也就是说，他们将某些蛋白质插入癌细胞，并从正常细胞中取出相同的蛋白质。其中有E-钙粘蛋白，一种使细胞相互结合的粘性蛋白质。
“癌细胞通常缺乏e -钙粘蛋白，”Asthagiri说。“当我们从基因上引入它时，癌细胞的滑动能力减弱了。当我们从正常细胞中取出e -钙粘蛋白时，一旦纤维足够宽，它们就获得了一些滑动能力。”总之，纤维路径的不同宽度和扰动产生了大量关于细胞在不同条件下的行为的定量数据，包括癌变细胞和正常细胞。
“我们不仅仅是证明细胞要么滑动要么不滑动，”Asthagiri说。“我们展示了不同水平的滑动能力，我们对每个水平都进行了测量。”
多个应用程序
Asthagiri的系统相对容易构建，并且适合快速成像，这两个特性使其成为筛选新的癌症药物的优秀候选者。制药公司可以将药物与癌细胞一起输入，并测量它们抑制滑动的效果。
在未来，该系统还可以在转移开始前提醒癌症患者和临床医生。对患者的研究表明，肿瘤蛋白的结构——纤维支架可以显示疾病的进展程度。研究人员发现，某些具有攻击性的基因突变使细胞能够在非常窄的纤维上滑动，而具有轻微突变的细胞只能在纤维变得更宽时滑动。临床医生可以对肿瘤进行活组织检查，测量纤维的宽度，看看危险点是否正在逼近。“我们可以开始说，‘如果这些纤维接近X微米宽，我们就迫切需要用药物打击某些途径，’”阿斯塔吉里说。
当然，问题依然存在。其他类型的癌细胞也有这种滑动的能力吗?还有哪些基因起了作用?
下一步，Asthagiri说，包括将他们的纤维状条纹扩展到三维模型中，以更接近地代表实际肿瘤中的纤维，并同时测试癌症细胞和正常细胞。“肿瘤环境中有很多类型的细胞——免疫细胞、血细胞等等，”他说。“我们希望更好地模拟体内发生的事情，而不是在一个平台上相互作用的孤立细胞。”
