在工程师追踪个体细胞的演变后可能的新癌症治疗途径

肿瘤的侵袭性取决于其水含量和外部的刚度。在顶行中，肿瘤通常朝向侵入性剖面进行。如果水从同一肿瘤（中间排）中拉出，而且与肿瘤注入水（底部行）时，它的侵入性较少，导致它迅速爆裂和侵入周围组织。

麻省理工学院和其他地方的工程师已经跟踪了最初良性肿瘤内近嗜酸性细胞的演变，呈现这些细胞的物理性质如何使肿瘤成为侵入性的或转移性。

该团队对实验室开发的人乳腺癌肿瘤进行了实验。随着肿瘤在大约两周的时间内增长和达到更多细胞，研究人员观察到肿瘤内部的细胞较小而僵硬，而周边上的细胞柔软，更肿胀。这些柔软的外周细胞更容易伸展超过肿瘤体，形成最终破坏其他地方的“侵入性提示”。

研究人员发现肿瘤边缘的细胞更柔软，因为它们含有比中心的水更多的水。肿瘤中心中的细胞被其他细胞包围，其在内部细胞中向内，挤压水中的那些电池，通过它们之间的纳米尺寸的通道称为间隙结。

“你可以像海绵那样思考肿瘤，”麻省理工学院机械工程助理教授明郭说。“当它们生长时，它们在肿瘤内部建立压缩应力，这会将水从核心从外部挤出到外部的细胞上，这会随着时间的推移而慢慢膨胀并变得更柔软，因此它们更倾向于侵入。“

当团队对肿瘤处理外周细胞的水中时，细胞变得更硬，不太可能形成侵入性提示。相反，当它们用稀释的溶液淹没肿瘤时，相同的外周细胞膨胀并快速形成长的分支般的尖端，侵入周围环境。

以上，显示早期肿瘤。礼貌的研究人员。

以上，显示了晚期肿瘤。礼貌的研究人员。

该业绩为2019年10月21日，在本质物理学中，指向癌症治疗的新途径，重点是改变癌细胞的物理性质，延迟或甚至防止肿瘤蔓延。

郭的共同作者包括领导作者和麻省理工学院宇龙韩，以及国强徐，紫素古，嘉威孙，育璧伦浩，斯塔什·库马尔古普塔，益薇李，文汇堂，从麻省理工学院;阿德里安·普戈拉罗和哈佛约翰A.·鲍尔森工程学院的工程和应用科学;中国科学院汇李;北京市首都李，华康，华康和董江腾;和哈佛·赫尔维德·弗雷德伯格波士顿哈佛特·汉婵·汉德伯格。

细胞镊子

科学家怀疑从主要肿瘤中迁移的癌细胞能够部分地进行，因为它们更柔软，更柔韧性，使细胞能够通过身体的迷宫脉管系统挤压并从最初的肿瘤增殖。过去的实验表明这种柔软，迁徙的性质，患有患有患者的癌细胞，但郭的团队是第一个探讨整个细胞僵硬作用的肿瘤的作用。

“人们已经长时间看了单细胞，但生物是多细胞三维系统，”郭说。“每个细胞都是一个物理构建块，我们对每个单元的单个细胞如何调节其自身的物理性质，因为细胞发展成肿瘤或器官等组织。”

研究人员使用最近开发的技术在3D中生长健康的人性上皮细胞，并将它们转化为实验室中的人乳腺癌肿瘤。在下周，研究人员随着细胞乘以并合并成良性原发性肿瘤，该肿瘤包括几百次患有细胞。研究人员在整个星期内几次用塑料颗粒注入越来越多的细胞。

然后，它们用光学镊子探测每个史磷电池的刚度，这是一种技术，其中研究人员在电池处引导高度聚焦的激光束。在这种情况下，该团队在每个细胞内培训了激光在每个细胞内的塑料颗粒上，将颗粒固定到位，然后施加轻微的脉冲以试图移动细胞内的颗粒，更像使用镊子从中挑选出蛋壳周围的蛋黄。

郭说，研究人员可以移动粒子的学位使他们成为周围细胞刚度的想法：颗粒移动的耐柔性越多，必须是细胞的更硬。通过这种方式，研究人员发现单个良性肿瘤内的数百个细胞表现出刚度和尺寸的梯度。内部细胞较小，更硬，并且进一步细胞来自核心，更柔软，更大。它们也变得更加可能从球形原发性肿瘤中伸出并形成分支，或侵入性提示。

要查看改变细胞的水含量是否会影响其侵入性行为，该团队将低分子量聚合物添加到肿瘤溶液中，从细胞中抽出水，发现细胞缩小，变得更加僵硬，并且不太可能迁移远离肿瘤 - 一种延迟转移的措施。当它们加入水中以稀释肿瘤溶液时，细胞，特别是在边缘处，膨胀，变得更柔软，并更快地形成侵入性提示。

作为最后一次测试，研究人员获得了患者的乳腺癌肿瘤样本，并测量了肿瘤样品内的每个细胞的大小。他们观察了与他们在实验室衍生的肿瘤中发现的渐变相似的梯度：肿瘤核心中的细胞小于更接近周边的细胞。

“我们发现这不仅发生在模型系统中 - 这是真的，”郭说。“这意味着我们可以基于物理图像进行一些处理，以瞄准细胞刚度或尺寸，以查看这有助于。如果使细胞更硬，它们的可能性不太可能迁移，这可能会延迟入侵。“

也许有一天，他说，临床医生可能能够看肿瘤，并根据细胞的大小和刚度，从内部出发，能够置信肿瘤是否会转移或不转移。

“如果有一个既定的大小或僵硬渐变，你可以知道这会造成麻烦，”郭说。“如果没有渐变，你可以安全地说这很好。”

该研究部分受到国家癌症研究所的支持。

参考：“三维乳腺癌模型中的细胞肿胀，软化和侵袭”由Yu Long Han，Adrian F. Pegoraro，Hui Li，Kaifu李，元元，郭强旭，淄希古，嘉威孙，云贯昊，澳门岛古普塔，义伟李，文汇唐，华康，龙龙腾，杰弗里·杰弗德伯格和明国，2019年10月21日，自然物理.DOI：
10.1038 / s41567-019-0680-8