3D環境下研究細胞移動發現新抗癌藥靶點

　　今年以來，3D電影在票房上取得很大成功。與此同時，使用三維技術觀察細胞活動也獲得在癌癥研究中的重要進展。最近，一項由美國約翰·霍普金斯大學工程師們領銜的新研究顯示，使用三維技術觀察細胞活動可獲得在癌癥研究中的重要進展。研究團隊成員得出的結論是，使用三維技術觀察細胞，可以得到更準確的、有助于開發防治癌細胞擴散的抗癌藥物信息。

　　這項與華盛頓大學合作開展的研究結果，發表于今年6月出版的《自然-細胞生物學》雜志上。

　　“發現細胞如何移動和黏附在表面上對了解癌癥和其他疾病極為重要。但對這些細胞行為的了解，絕大部分都局限于培養皿中二維條件下獲得的信息，”該項目首席研究人員、約翰·霍普金斯大學腫瘤工程中心主任Denis Wirtz說，“我們的研究結果首次展示，細胞在像人體這樣的三維環境中的移動，與我們在普通的扁平實驗室培養皿中觀察到的有顯著的不同，在數量和質量兩方面都存在差異。” 同時，擔任約翰·霍普金斯大學化學與分子生物工程TheoPHilus H. Smoot客座教授Wirtz表示，這項發現的意義在于，在平面培養基上快速篩選阻止細胞移動藥物的方法存在很大程度的誤導。這非常重要，原因在于細胞移動與癌擴散有關。“我們的研究可能在三維介質條件下找到一個顯著降低細胞侵染的可能靶點。” 當細胞在二維條件下生長時，某些蛋白質有助于形成被稱為灶性黏附的持久黏附。在二維條件下，這些黏附可以持續數秒到數分鐘。細胞通常形成一個范圍更廣、被稱為生長瓣的扇狀凸起，幫助細胞向前移動。“在三維環境下，外形完全不同，更像紡錘狀，在兩端都有凸起；如果真存在灶性黏附，那么灶性黏附尺寸將會很小、存在時間非常短，不能用顯微鏡解析。”Wirtz表示。

　　該項研究的主要負責人、約翰·霍普金斯大學化學與分子生物工程博士生StePHanie Fraley指出，“細胞在二維環境中的形狀和移動模式僅僅是環境作用下形成的特殊結果。三維細胞培養的難度遠高于二維細胞培養，典型情況下，在動物模型試驗前，藥物研究都在二維細胞培養中進行。有時，藥物研究結果和臨床研究結果不一樣。這可能是了解為何產生這種差異的關鍵之一。”

　　Fraley所在研究機構的負責人Wirtz建議，藥物研究結果與臨床研究結果存在脫節的部分原因可能在于，即便在成為三維環境的研究中，多個細胞底部仍然位于基質的頂部。“在很多研究工作中，多個細胞僅有部分埋于基質中，這種情況我們稱為2.5維狀態。”論文顯示，三維與2.5維存在根本差異：灶性黏附消失，用于調節細胞移動性的灶性黏附蛋白質的作用變得不同。

　　Wirtz補充道，由于失去黏附性和細胞移動增強是癌癥的特征，他們的研究結果將根本性改變用于藥物研究的細胞的培養方式。譬如，在三維環境中，加工斑聯蛋白（zyxin）的細胞以隨機方式移動，尋找它們的局部環境。然而，當斑聯蛋白基因被停止時，細胞幾乎以一維方式遠離原來的部位、快速和持續移動。

　　Fraley認為，這些細胞甚至會沿著已經尋找過的路徑返回。“眾所周知，斑聯蛋白在很多癌癥中被錯誤調控”。因此，他補充道，了解三維環境中類似斑聯蛋白的功能是了解細胞如何展開或轉移的關鍵所在。“當然，腫瘤生長十分重要，但使大多數癌癥患者死亡的是癌細胞轉移。”

　　為研究三維環境下的細胞活動，研究小組在玻片上鋪上數毫米厚的富含膠原蛋白的凝膠。膠原蛋白是體內最為豐富的蛋白質，在凝膠中形成類似細胞在體內生長的細胞外基質骨架。研究人員在凝膠成形前將細胞混入，然后，使用倒置共聚焦顯微鏡從下邊觀察細胞在凝膠基質中的移動。他們發現，細胞在二維環境中移動時，細胞下側總與表面接觸，形成很多尺寸大、存在時間長的灶性黏附。而細胞在三維環境中移動時，只與包圍細胞的膠原蛋白網絡有輕微接觸，接觸部位極小、存在時間短，研究者觀察到。

　　“我們認為，在三維環境中，二維環境中同樣的灶性黏附蛋白作用完全不同，但作用尚不知曉。”Wirtz表示，下一步的研究將特別關注三維環境下類似斑聯蛋白這樣機械刺激感覺蛋白在細胞運動性中的作用，以及凝膠基質孔徑和剛度對細胞遷移的影響。

來源：藥品資訊網信息中心

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