机械工程师建立的癌症模型为研究肿瘤生长提供了新的视角

当癌症和肿瘤细胞在人体内移动时，它们会传递并受机械力的影响。为了了解这些行为如何影响癌细胞的生长、扩散和入侵，伦斯勒理工学院的一组工程师正在开发新的模型，模拟体内机械环境的各个方面，为肿瘤如何以及为什么以某种方式发展提供新的见解。

今天发表在综合生物学在美国，伦斯勒公司的一个工程师团队开发了一种体外-实验室淋巴细胞船研究肿瘤栓子生长的模型，肿瘤细胞在血管内的聚集，通常与肿瘤转移和复发的增加有关。

“肿瘤栓子的生长对某些类型癌症的扩散和转移很重要。例如,炎性乳腺癌这种生长模式就是在乳腺真皮淋巴管内大量扩散的栓子，这种方式非常具有侵略性，”伦斯勒大学机械工程助理教授克里斯汀·米尔斯说，她领导了这项研究。“这种肿瘤栓子的生长还没有得到太多研究。”

之前实验室的肿瘤模型使用的是无约束的肿瘤细胞球形体，这使研究人员无法研究真正发生在管状血管物理边界内的力学相互作用。为了更接近地模拟体内发生的事情，米尔斯和她的团队在实验室中用凝胶中的一个小通道建立了淋巴管模型。他们将这些通道放置在僵硬或柔软的生物惰性凝胶中，以模拟肿瘤栓子在僵硬、病变组织或柔软、健康组织中可能遇到的约束。

为了整合细胞的不同生长行为，该团队使用了乳腺和结肠癌症细胞聚集以模拟栓子，一个更具侵略性，另一个较弱。

研究人员发现，僵硬的肿瘤环境模型将两种类型的肿瘤栓子限制在圆柱形通道上，导致栓子沿血管快速生长。但是，他们发现，在模拟健康结肠或乳腺组织的软基质模型中，癌细胞的生长是不同的，基于它们的类型。

侵袭性细胞完全不受开放通道的影响，呈球状生长，向基质中突起，而侵袭性较弱的细胞首先沿着通道生长了几天，然后向基质中突起。研究人员将生长的差异与癌细胞产生力量的能力联系起来。独立的测量结果表明，具有侵略性的癌细胞能够比侵略性较弱的细胞施加更大的力量。

米尔斯说，沿着血管或通道生长是有问题的，因为肿瘤内的细胞通过血管壁不断获得维持生命的营养物质。当肿瘤细胞生长成球状并开始膨胀，米尔斯说细胞在这团物质的中心，它们离营养越来越远，直到被切断并最终死亡。这些信息可能对治疗方案的设计和处方至关重要。

“我们认为这很重要，因为它在某种程度上表明，如果肿瘤这些血管周围的组织已经因为疾病而异常变硬，或者，例如，如果乳房组织已经变得更致密或更硬，你可能真的会看到血管内比软组织生长得更多，”米尔斯说，他也是伦斯勒大学生物技术和跨学科研究中心(CBIS)的成员。

乔纳森·库尔瓦诺(Jonathan Kulwatno)是伦斯勒大学生物医学工程专业的研究生，是这篇论文的第一作者。米尔斯和库尔瓦诺与西奈山的研究人员合作。

这种研究癌症的独特的机械工程方法是CBIS正在进行的变革工作的一个标志，在那里，像米尔斯这样的研究人员可以与其他在类似领域工作的工程师和科学家跨学科合作。

CBIS主任Deepak Vashishth说:“米尔斯教授研究癌症的工程方法奠定了一个重要的基础，跨学科方法被用于理解癌症的机制生物学，并最终实现治疗目标。”

随着米尔斯和她的团队继续他们的研究，她说，他们正在寻找新的方法使这些模型更复杂，而不失去分离关键机械机制的能力。

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