俄勒冈州立大学的研究揭示了恶性癌细胞改变形状的方式

　　俄勒冈州立大学的研究揭示了恶性细胞改变形状和迁移技术侵入不同类型组织的方式。

　　发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的研究结果是了解和预防癌症转移的关键一步，癌症的内部扩散导致95%的癌症死亡。

　　“经过数十亿年的进化，细胞已经学会了许多不同的迁移方式，”领导这项研究的俄勒冈州立大学生物物理学家孙博说。“在正常发育和维持健康的生理过程中，如伤口愈合，特定的迁移程序在需要时执行。然而，在肿瘤的情况下，癌细胞利用这些迁移程序来维持它们对组织的入侵。”

　　Sun解释说，癌细胞改变形状和改变移动模式的能力在癌症患者的预后中起着巨大的作用。

　　Sun和俄勒冈州立大学科学与工程学院的合作者使用了一种被称为计算机视觉的人工智能来根据细胞的形状跟踪细胞的迁移程序;计算机视觉从数码照片、视频和其他视觉输入中获取信息。

　　在这项研究中，科学家们观察了MDA-MB-23细胞，这是一种高度侵袭性的乳腺癌细胞，通常用于医学研究。孙将细胞形状分析比作根据游泳者的身体姿势和动作来确定游泳者是在做仰泳、蛙泳还是蝶泳。

　　“细胞形状是由细胞功能决定的，失去特征形状与功能异常有关，”孙说。“这就是为什么形状表征一直是癌症以及其他疾病(如红细胞疾病或神经系统疾病)诊断的重要工具。”

　　他说，研究结果表明，癌细胞改变迁移模式的频率远比之前认为的要高。

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　　孙说:“虽然我们在乳腺癌细胞中观察到的持续切换不一定能在特定类型的组织中最大化它们的速度，但它允许细胞侵入异质组织环境。”

　　研究人员指出，在转移过程中，迁移的癌细胞必须通过具有不同机械特性的细胞外基质。

　　细胞外基质(ECM)是组织和器官的非细胞部分。它作为一个支架，由于它的各种生物活性分子，执行一系列重要的生化和生物力学工作。

　　科学家们使用的机器学习和可视化技术表明，细胞的形状变化是由分子控制中心Rho/ rock信号控制的，细胞使用Rho/ rock信号来感知其物理环境并产生运动所需的力。

　　利用一个代表两层机械不同的细胞外基质的模型，科学家们展示了细胞在接近和穿过两层基质的界面时逐渐改变了它们的形状和运动程序。这表明这些转变对于癌细胞转移是必不可少的，这需要非均匀ECM的导航。

　　“细胞形态变化的方式——它的形态动力学——是决定其侵袭潜力的关键因素，据我们所知，这在很大程度上还没有得到研究，”孙说。“迁移癌细胞的形态动力学正在成为检查细胞内部状态和微环境的有力工具。未来的研究需要将形态动力学解码为丰富而可理解的细胞肢体语言，并将形态动力学作为控制细胞行为的一种手段。”

　　与Sun合作的还有俄勒冈州立大学的同事Christopher Eddy、Helena Raposo、Aayushi Manchanda、Ryan Wong和Fuxin Li。

　　戈登和贝蒂·摩尔基金会、美国国家科学基金会、美国国防部和美国国家普通医学科学研究所资助了这项研究。