近日,，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，位于美國(guó)奧斯汀市的德克薩斯大學(xué)分?；瘜W(xué)工程系的研究人員首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞機(jī)械性能的變化可能是腫瘤發(fā)生的原因,。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)研究人員預(yù)判、治療以及阻止腫瘤細(xì)胞的進(jìn)一步擴(kuò)散提供了一個(gè)新方法,。來(lái)自科克雷爾工程學(xué)院,、波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)藥的研究人員也參與了該項(xiàng)研究，他們共同建立了一個(gè)三維腫瘤模型,，顯示軟化的細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生改變,，導(dǎo)致了細(xì)胞癌變現(xiàn)象的產(chǎn)生。
細(xì)胞發(fā)生物理力學(xué)性能上的改變最終使得細(xì)胞分裂失控,，結(jié)果便是這些分裂失控的細(xì)胞出現(xiàn)較低的死亡率,，導(dǎo)致惡性腫瘤的增長(zhǎng)。該研究發(fā)現(xiàn)是目前唯一一種從物理學(xué)的角度分析腫瘤的發(fā)病原因,。該論文已經(jīng)發(fā)表在最近出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上,，該期刊由美國(guó)物理協(xié)會(huì)創(chuàng)辦。
博士后研究生保勞格帕爾克對(duì)該研究評(píng)論為：到目前為止,，關(guān)于癌癥的研究都集中在生化角度,，為了尋找解決與生化致癌相關(guān)的各種相互依存的誘發(fā)因素，我們將焦點(diǎn)集中在較不“顯眼”的細(xì)胞機(jī)械因素方向,。這是一種新的針對(duì)癌癥誘發(fā)因素研究方法,。然而，研究人員在區(qū)別癌變細(xì)胞與正常細(xì)胞過(guò)程中發(fā)生了怪異的相似性,，比如在細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度和粘附性方面,，癌變細(xì)胞之間表現(xiàn)出與正常細(xì)胞迥然不同的特點(diǎn)。
這些特點(diǎn)也是研究人員區(qū)別癌變細(xì)胞與正常細(xì)胞的方法,，其同樣也類似于以前觀察癌變細(xì)胞時(shí)的分類法,。根據(jù)研究人員介紹：癌變得細(xì)胞較健康的細(xì)胞顯得更加柔軟，這就意味著當(dāng)這些柔軟的癌變細(xì)胞被較硬的正常細(xì)胞所包圍時(shí),，前者就會(huì)變得更緊實(shí),，不易擴(kuò)散。但是,，當(dāng)相鄰的癌變細(xì)胞數(shù)量增加時(shí),，來(lái)自正常細(xì)胞的較硬表面“對(duì)抗力”就出現(xiàn)了降低,，這時(shí)候癌變細(xì)胞“趁機(jī)”松弛下來(lái)，擴(kuò)大自己的表面積,，以便覆蓋更大的區(qū)域,。拉伸的細(xì)胞可以提高自身的增值能力，并降低了細(xì)胞死亡的概率,。
該研究小組的研究人員通過(guò)精確的計(jì)算模型復(fù)制了在一個(gè)組織內(nèi)細(xì)胞的生命周期,，便于觀察細(xì)胞機(jī)械性能的改變?nèi)绾螌?duì)細(xì)胞的行為產(chǎn)生影響。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,，研究人員確定在這個(gè)健康的組織內(nèi)有相同機(jī)械性能以及粘附性的細(xì)胞,，然后在組織中心將一些細(xì)胞軟化，結(jié)果顯示只要軟化的細(xì)胞低于臨界值,，這個(gè)組織仍然會(huì)保持健康、穩(wěn)定,。
如果超過(guò)了這個(gè)臨界值,，機(jī)械性能出現(xiàn)變化的柔軟細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)倍數(shù)式增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常健康的細(xì)胞,。除了這一點(diǎn)外,，腫瘤的增長(zhǎng)是依靠自身強(qiáng)大的繁殖能力替換到周圍健康的細(xì)胞，臨床觀察也顯示這也是惡性腫瘤的一個(gè)特征,。研究人員還分析了如何使一個(gè)細(xì)胞增加粘附性,，或者保持較硬的機(jī)械性能，以及影響其他細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性能和繁殖能力,。他們觀察到軟化細(xì)胞之間的結(jié)合能力出現(xiàn)了改變,，該變化是控制著更多腫瘤細(xì)胞形成的一個(gè)關(guān)鍵因素。
研究人員認(rèn)為這個(gè)探索方式為各種生化致癌或者遺傳因素致癌的研究提供了一個(gè)新的物理研究方向,，可以推動(dòng)癌癥研究的進(jìn)展,。博納卡澤認(rèn)為：我們對(duì)這些結(jié)果感到非常滿意，因?yàn)樗鼈儗┌Y發(fā)病過(guò)程的生化與物理因素結(jié)合了起來(lái),，共同指向了關(guān)于癌癥研究的新方向,，并為攻克癌癥提供了新途徑。該項(xiàng)研究的作者為：博士后研究生保勞格（Parag Katira）,、他的指導(dǎo)老師科克雷爾工程學(xué)院的系主任羅杰T博納卡澤（Roger T. Bonnecaze）以及T布羅克特哈德森（T. Brockett Hudson）教授,、波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)藥研究人員穆罕默德•扎曼（Muhammad Zaman）。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1103/PhysRevLett.108.028103
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PMID:
How Changes in Cell Mechanical Properties Induce Cancerous Behavior
Parag Katira, Muhammad H. Zaman, and Roger T. Bonnecaze
Tumor growth and metastasis are ultimately mechanical processes involving cell migration and uncontrolled division. Using a 3D discrete model of cells, we show that increased compliance as observed for cancer cells causes them to grow at a much faster rate compared to surrounding healthy cells. We also show how changes in intercellular binding influence tumor malignancy and metastatic potential. These findings suggest that changes in the mechanical properties of cancer cells is the proximate cause of uncontrolled division and migration and various biochemical factors drive cancer progression via this mechanism.
