MIT 研究:癌細胞會不會轉移,關鍵可能就在腫瘤細胞硬度

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 23 日 9:57 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


癌細胞擴散是癌症治療中最難解的問題,透過追蹤腫瘤中個別細胞的差異,麻省理工(MIT)工程師發現細胞驅動腫瘤轉變為侵襲性的關鍵,間接指引出一種全新的癌症治療途徑,透過改變癌細胞的物理特性,未來或許有望延緩甚至阻止腫瘤擴散。

科學家懷疑,癌細胞之所以能從主要腫瘤擴散,部分是因為它們有更柔韌的特性,能穿過人體迷宮般的管道系統,遠離最初的腫瘤進行增殖。

過去一些研究證實單一癌細胞確實具有柔軟的遷移特性,但並未有團隊深入探討過這代表的意義,在《自然物理學》(Nature Physics)期刊的最新論文中,MIT 研究小組首次探索了細胞硬度(Cell Stiffness)在腫瘤發展的實際作用。

研究作者、機械工程學助教 Ming Guo 指出,人們長期以來一直關注單一細胞,但有機體是多細胞組成的三維系統,每個細胞都是其中的組成零件,隨著細胞發展成腫瘤或器官等組織,每個細胞是如何調節自身的物理特性令人很感興趣。

在最新技術的協助下,研究團隊能夠在實驗室中以 3D 方式培養健康的人類上皮細胞,將其轉化為人類乳腺癌腫瘤,接下來的一週中研究人員除了觀察細胞增殖,也分次將塑膠顆粒注入細胞,為後續的堅硬度研究做準備。

透過巧妙的設計,研究人員得以藉由光鑷(optical tweezers)能移動塑膠顆粒的程度來探測每個細胞的硬度,顆粒越難移動則細胞越堅硬。

基於這項原則,研究人員檢查良性腫瘤中的數百個細胞,結果發現,在硬度和大小上,細胞都以梯度呈現:腫瘤中心細胞更小、更硬,隨著細胞靠近邊緣,它們變得越軟、越大。

之所以會有這種區別,是因為邊緣細胞所含的水分更多,Guo 解釋,就像海綿一樣,腫瘤長大會在內部產生壓應力,當中心細胞被周邊細胞向內擠壓,水分被擠出到外圍細胞,隨著時間過去,這些外部細胞會慢慢膨潤變軟。

為了研究細胞中的水分含量是否會影響入侵行為,研究小組向腫瘤溶液中添加了低分子量聚合物,使水從細胞抽出,結果發現細胞萎縮變硬,變得難以形成侵入性的形狀,相反地,當他們加水稀釋腫瘤溶液時,靠近邊緣的細胞膨脹並迅速形成長而分支狀的尖端,嘗試侵入周圍環境。

最後的測試,研究人員取得乳腺癌患者的腫瘤樣本,並實際測量樣本每個細胞大小,而他們觀察到的情況也與在實驗室衍生的腫瘤相似:中心細胞遠小於靠近邊緣的細胞。

這項發現說明情況不僅在模型發生,而是真實的。

Guo 解釋,這意味著人們或許可以根據細胞硬度大小的實際情況開發一些治療方法,看看是否有幫助,如果使細胞變硬,腫瘤遷移的可能性就會降低,這可能將會延遲入侵。

儘管還需要一些發展時間,在 Guo 看來,也許有一天臨床醫生將能透過觀察腫瘤,基於細胞大小和由內到外的硬度判斷出腫瘤是否會轉移。

(首圖來源:MIT/Yu Long Han