观察肿瘤通过血管破裂

癌细胞转移的几个阶段,首先侵入周围组织,然后通过循环系统通过渗透和蔓延。一些循环细胞工作的血管网络,最终形成一个二次肿瘤。

虽然最初的癌细胞进入血液的过程——内渗特征,细胞如何逃脱血管渗透到其他组织和器官尚不明朗。这个过程称为外渗,肿瘤转移是一个至关重要的一步。

现在麻省理工学院的研究人员开发了一种微流体装置,模拟流动的癌症细胞通过血管系统。利用高分辨率成像方法,研究人员捕获时刻作为癌细胞穿过血管壁进入挤压周围的细胞外基质。这个过程是“高度动态的,”他们写道在综合生物学》杂志上发表的一篇论文;更好的理解它可能帮助科学家确定治疗以防止转移。

“现在我们已经溢出模型,您可以使用它作为一个思考筛选药物,可以防止它,”罗杰·卡姆说,塞西尔和艾达绿色杰出的麻省理工学院生物学和机械工程教授。“我们可以从患者循环肿瘤细胞,这些细胞受到少数因素或药物。这是最终我们想做什么,但是在这个过程中我们学到了很多。”

播种血管

随着肿瘤细胞通过循环系统,一些“逮捕”,或暂停在一个特定的位置,坚持血管外渗的墙——第一阶段。科学家们认为这种细胞逮捕发生在两种方式之一:一个细胞可能发送粘性预测抓住容器衬里,或者它可能是太大而不能通过,成为被困在船。

调查的可能性是更有可能的是,研究人员增长的网络小血管从人类脐带血内皮细胞的一个解决方案。他们一个解决方案包含血管细胞注入小微流体装置包含一个水库的水凝胶,随着生长因子通常出现在发展中循环系统。几天之内,微血管成形一个错综复杂的系统,每个长约1毫米,直径10到100微米,尺寸类似于身体的小毛细血管。

集团注入肿瘤细胞通过血管网络,使用一行乳腺癌细胞特别是入侵。利用高分辨率共焦显微镜,团队看着肿瘤细胞流经的小型循环系统。他们观察到的大多数细胞沿着船逮捕这样做由于陷阱——也就是说,他们只是被卡住。

肿瘤细胞找到一条出路

延时的图片一样,人员仔细看看细胞被捕后事件的进展。一旦肿瘤细胞变得困,他们观察到,它发出长,薄丝推血管壁,最终创造出一个小洞在内皮细胞。越来越多的细胞挤压通过洞让路,最终,甚至是细胞核——被认为是一个相对刚性,nondeformable结构——能够逃脱。

令他们吃惊的是,研究人员发现,细胞核早些时候通过血管壁和比他们预期的更快,挤压在大约15分钟——”一个小块的时间整个细胞渗出液,”陈笔记。

有趣的是,陈所指出的那样,一旦肿瘤细胞完全退出了血管,内皮似乎自我愈合,消除差异,细胞最初创建。“这表明内皮屏障某种积极作用后修复本身由肿瘤细胞入侵,”陈说。

除了观察单个肿瘤细胞的外渗,该组织还看着细胞集群的行为——两个或两个以上的癌症细胞积聚在血管。从他们的观察,研究人员发现,近70%的血液细胞集群突破障碍,相比之下,只有不到10%的单个细胞。

但一些细胞,使它的循环系统可能仍无法转移。细胞渗出液的能力是否与它的转移潜力,该组织的效率相比不同肿瘤细胞系的溢出。行包括乳腺癌细胞、纤维肉瘤细胞(结缔组织的癌症),和一行nonmetastatic癌细胞。

果然,团队注意到,大多数转移性细胞(纤维肉瘤细胞)也最容易溢出,而乳腺癌和nonmetastatic细胞——发现表明针对药物以防止溢出可能减缓癌症转移。

展望未来,集团正在调查可能给定的癌细胞增殖和聚合与他人一旦退出到周围组织。研究人员建模微流体平台内的各种组织,包括骨、研究癌细胞形成二次肿瘤的起源。

“虽然这个平台并不是一个已平台显然不能捕获发生在体内的所有方面,我们更接近创建一个体外生理上更相关的平台,高分辨率和高通量比以前很多的平台,”陈说。

穆罕默德扎曼,波士顿大学生物医学工程的副教授说,肿瘤内渗转移一直是一个主要的一步知之甚少由于缺乏健壮和可伸缩的工具。

“卡姆和同事的工作提供了一个高度创新、控制和健壮的系统分析这个非常详细的关键过程,”扎曼说,他并没有参与这项研究。“这很大程度上减少了成本与动物模型,在典型的体外培养和地址问题,最重要的是,提供了定量的细节。”

“这项工作所带来的影响将是深远的,”扎曼补充道。“我预期,研究人员和制药公司将使用这个工具来描述和分析复杂的肿瘤外渗的过程。”