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PNAS:癌细胞扩散并非漫无目的

导读:癌细胞的转移会使癌症难以控制,对患者产生致命的危害。因此,癌转移一直是癌症研究的重中之重。最近发表在《PNAS》杂志上的一项研究称,癌细胞扩散并非漫无目的。

癌细胞的转移会使癌症难以控制,对患者产生致命的危害。因此,癌转移一直是癌症研究的重中之重。

生物学家们曾经认为,癌细胞在机体中的扩散是一个漫无目的的缓慢过程,就像一个醉汉那样无法一直走直线,他们将这一过程称为随机游走(random walk)。不过 Johns Hopkins 大学的研究人员发现,这种随机游走模型只是癌细胞在二维平面(培养皿)上的运动方式,并不适用于机体内的三维空间。为此他们提出了一个新的计算模型,以便更好的展现细胞在 3D 环境中的迁移行为。

这项研究发表在美国国家科学院院刊《PNAS》杂志上,领导这项研究的是Johns Hopkins大学的 Denis Wirtz 教授。这篇文章非常重要,因为它的结论可以帮助研究癌症扩散的人们获得更为准确的结果。

Wirtz 介绍道,这项研究强调了在三维环境中研究癌细胞的重要性。他的实验团队就在之前的研究中指出,细胞在 2D 和 3D 环境下存在行为差异,而这影响了癌症在机体内的迁移。

“从原发瘤脱离的癌细胞会寻找血管和淋巴结,以便转移到机体的其他器官,” Wirtz 说。“长期以来,人们一直相信这些细胞通过随机游走到达血管。但我们在研究中发现,事实并非如此。我们看到这些细胞的运动更有方向性,其移动轨迹几乎呈直线。这种移动方式能让癌细胞更有效的到达血管,是癌细胞扩散的有效途径。”

他补充道,这一发现为那些研究癌转移的人们带来了关键性的启示。“这意味着,上述癌细胞离开结缔组织的时间比之前的预期更短,” Wirtz 说。

Pei-Hsun Wu 和 Anjil Giri 是这篇文章的共同第一作者。 Wu 介绍道,持续性随机游走模型(Persistent Random Walk)是根据细胞在培养皿中的运动建立的。这一模型现在也被用于 3D 细胞实验,但这样的结果是有问题的。

“因为该模型很简便,目前 2D 和 3D 实验都在使用它,” Wu 说。“但这一模型实际上并不适合 3D 细胞研究。我们提出的新数学模型,不论在 2D 还是 3D 实验中都更加好用。”

“与 2D 平面上的移动相比,细胞在 3D 环境下的移动更具方向性,” Giri说。“不可预测的随机游走模型并不适用于 3D 环境。”

研究团队希望研究癌转移的其他科学家们,能够尽快将他们的数学模型利用起来。尽管这项研究中使用的是纤维肉瘤癌细胞,不过研究人员指出新模型也可以用来研究其他类型的细胞。例如,人们可以在新模型的基础上,理解机体内那些对抗感染和加速伤口愈合的细胞。