计算机模拟+创新的体外实验模型!APL Bioeng:耶鲁大学科研团队运用先进模拟技术,揭秘乳腺癌细胞侵袭脂肪组织之谜 |
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计算机模拟+创新的体外实验模型!APL Bioeng:耶鲁大学科研团队运用先进模拟技术,揭秘乳腺癌细胞侵袭脂肪组织之谜
来源:100医药网 2024-08-22 14:00
研究团队证实,癌细胞的活跃度与黏性、脂肪细胞的硬度以及ECM的约束力,共同决定了癌细胞是否能够成功侵入脂肪组织,以及侵入后的表现形式。乳腺癌向脂肪组织的侵袭对疾病的演进和扩散有着显著的影响,这一进程不仅受制于生物化学信号,还受到癌细胞、脂肪细胞及其所在环境的力学性质的调控。
近日,一篇发表在国际杂志APL Bioengineering上题为 Computational modeling of the physical features that influence breast cancer invasion into adipose tissue 的研究报告中,来自耶鲁大学等机构的科学家们通过整合计算机模拟与实验分析,深入探索了乳腺癌细胞是如何侵入周围组织的奥秘。
传统的乳腺癌研究往往依赖于小鼠模型,通过提取肿瘤切片并在显微镜下观察,尽管这种方法能够提供宝贵的静态信息,但其局限性在于无法连续追踪癌细胞侵袭的动态变化。O Hern教授指出,组织学切片仅能捕捉单一时点的图像,无法展现癌细胞侵袭的时空演变。
为此,研究团队创新性地开发了一套计算机模型,旨在模拟癌细胞在三维空间中随时间推移的侵袭模式。借助这一模型,科学家们能够预测在密集的乳腺组织环境中,癌细胞如何穿越特定距离,以及其移动速度。除了计算机模拟,研究人员还在实验室条件下创建了体外模型系统,使用微米级别的珠子与胶原蛋白纤维混合,旨在模仿动物体内乳腺癌的多个特征,为计算机模拟结果提供验证依据。
科学家有望利用计算机模拟技术揭示乳腺癌扩散背后的分子机制
图片来源:APL Bioengineering (2024). DOI:10.1063/5.0209019
研究聚焦于源自乳腺导管上皮层的肿瘤,这类健康细胞通常紧密排列形成导管内壁,一旦发生癌变,它们会失去稳定性,开始迁移并侵入邻近的脂肪组织。癌细胞在脂肪组织中的渗透程度,直接关系到其能否进一步侵袭血管,形成难以根治的转移性肿瘤。
研究团队对癌细胞的迁移方式表现出浓厚兴趣,尤其是当它们进入脂肪组织后,极有可能引发转移,形成更具挑战性的次级肿瘤。若癌细胞能被限制在乳腺导管内部,治疗的成功率将大大提高。研究中探讨的变量,除了癌细胞本身的黏附性,还包括脂肪细胞的硬度 较硬的脂肪细胞可阻碍癌细胞的侵入,以及脂肪细胞间的间隙大小,以及细胞外基质(ECM)的排列状况,这些因素均能影响癌细胞的有效迁移。
癌细胞究竟是采取直线推进还是随机扩散?它们是否能够快速移动到足以使脂肪细胞变形?解答这些问题,将有助于揭示癌细胞在高密度脂肪组织中移动的物理机制。在缺乏能够实时观测乳腺癌侵袭过程的技术手段时,结合计算机模拟与体外实验的方法成为了最佳选择。
最终,研究团队证实,癌细胞的活跃度与黏性、脂肪细胞的硬度以及ECM的约束力,共同决定了癌细胞是否能够成功侵入脂肪组织,以及侵入后的表现形式。(100yiyao.com)
参考文献:
Yitong Zheng,Dong Wang,Garrett Beeghly, et al. , APL Bioengineering (2024). DOI:10.1063/5.0209019
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