癌细胞能感知周围环境的深处

在1835年安徒生的童话《公主与豌豆》中，一位公主被认为是真实的，因为她对床上20个床垫下的一颗豌豆很敏感。位于圣路易斯的华盛顿大学麦凯维工程学院的一项新研究发现，就像传说中的公主一样，癌细胞可以感知它们正常移动的顶层胶原蛋白层下的一层细胞，而正常细胞则不能。

阿米特帕沙克机械工程和材料科学副教授，以及帕塔克实验室的博士后研究助理克里斯托弗·沃尔特(Christopher Walter)发现，癌细胞具有他们所谓的“深度机械感测”，即能够感知其直接细胞外基质下远处环境的特性。这可能意味着远离细胞的细胞外基质的机械特性可以调节细胞迁移。他们的研究结果发表在网上细胞的报道4月5日。

帕塔克和他的团队长期以来一直在研究细胞迁移的方式，以确定癌变肿瘤如何侵入组织、伤口如何愈合以及器官和组织如何发育。他们之前已经表明，细胞在更硬的环境中移动得更快，这是由于比在柔软的环境中有更高的力和摩擦力。

在这项新研究中，帕塔克和沃尔特制造了两种水凝胶——一种硬的，一种软的——并在上面添加了一层基于胶原蛋白的细胞外基质。他们使用各种各样的技术，包括原子力显微镜、高分辨率成像和细胞迁移动态分析，监测了人类乳腺正常上皮细胞和三阴性乳腺癌细胞在表面的行为。正常细胞在形状和大小上几乎没有变化，并在胶原蛋白层上缓慢移动。在坚硬的底层凝胶上，癌细胞延长了更稳定的突出物，这有助于它们在基质层之间交流，由于它们的深度力学感应，它们迁移得更快，对胶原纤维产生了更大的拉力。

帕塔克说:“细胞能感知环境的深处，它们的极性根据细胞的指示在细胞外基质中安装极性。”“这些行为表明，癌细胞的形状受到底层凝胶硬度的影响，而正常细胞只对直接、柔软的胶原蛋白凝胶有反应。这是以前不知道的。”

沃尔特说，细胞的极性也有助于产生力量，使细胞向特定的方向移动，但它们也需要拉胶原纤维的能力，并改变它们的环境，因为它更适合迁移。

沃尔特说:“我们通过切断胶原蛋白本身或交联，消除了基质给细胞的反馈，从而摆脱了它们感知远处基质的能力。”“如果你失去了其中一种机制，反馈就会停止，所以他们必须同时拥有这两种机制。”

帕塔克说，这种来自表面的反馈对细胞很重要。机械工程与材料科学专业的博士生Jairaj Mathur开发了一个计算模型，将细胞的极化力与胶原蛋白重塑结合起来，以解释实验中观察到的深度感知。

他说:“我们的模型表明，如果细胞和基质之间没有这种反馈，那么这种深度感知可能会在短时间内发生，但不会持续。”“这就是为什么癌细胞擅长这一点，因为它们可以招募基质进行迁移和深度感知。”

参考:Walter C, Mathur J, Pathak A.互反的细胞内和细胞外极性使深层机械感应通过分层矩阵。细胞代表．2023年,42(4)。doi:10.1016 / j.celrep.2023.112362

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