3D環(huán)境下研究細(xì)胞移動(dòng)發(fā)現(xiàn)新抗癌藥靶點(diǎn)

　　今年以來(lái)，3D電影在票房上取得很大成功。與此同時(shí)，使用三維技術(shù)觀察細(xì)胞活動(dòng)也獲得在癌癥研究中的重要進(jìn)展。最近，一項(xiàng)由美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)工程師們領(lǐng)銜的新研究顯示，使用三維技術(shù)觀察細(xì)胞活動(dòng)可獲得在癌癥研究中的重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)成員得出的結(jié)論是，使用三維技術(shù)觀察細(xì)胞，可以得到更準(zhǔn)確的、有助于開(kāi)發(fā)防治癌細(xì)胞擴(kuò)散的抗癌藥物信息。

　　這項(xiàng)與華盛頓大學(xué)合作開(kāi)展的研究結(jié)果，發(fā)表于今年6月出版的《自然-細(xì)胞生物學(xué)》雜志上。

　　“發(fā)現(xiàn)細(xì)胞如何移動(dòng)和黏附在表面上對(duì)了解癌癥和其他疾病極為重要。但對(duì)這些細(xì)胞行為的了解，絕大部分都局限于培養(yǎng)皿中二維條件下獲得的信息，”該項(xiàng)目首席研究人員、約翰·霍普金斯大學(xué)腫瘤工程中心主任Denis Wirtz說(shuō)，“我們的研究結(jié)果首次展示，細(xì)胞在像人體這樣的三維環(huán)境中的移動(dòng)，與我們?cè)谄胀ǖ谋馄綄?shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中觀察到的有顯著的不同，在數(shù)量和質(zhì)量?jī)煞矫娑即嬖诓町??！?同時(shí)，擔(dān)任約翰·霍普金斯大學(xué)化學(xué)與分子生物工程TheoPHilus H. Smoot客座教授Wirtz表示，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的意義在于，在平面培養(yǎng)基上快速篩選阻止細(xì)胞移動(dòng)藥物的方法存在很大程度的誤導(dǎo)。這非常重要，原因在于細(xì)胞移動(dòng)與癌擴(kuò)散有關(guān)。“我們的研究可能在三維介質(zhì)條件下找到一個(gè)顯著降低細(xì)胞侵染的可能靶點(diǎn)?！?當(dāng)細(xì)胞在二維條件下生長(zhǎng)時(shí)，某些蛋白質(zhì)有助于形成被稱(chēng)為灶性黏附的持久黏附。在二維條件下，這些黏附可以持續(xù)數(shù)秒到數(shù)分鐘。細(xì)胞通常形成一個(gè)范圍更廣、被稱(chēng)為生長(zhǎng)瓣的扇狀凸起，幫助細(xì)胞向前移動(dòng)?！霸谌S環(huán)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(huì)很小、存在時(shí)間非常短，不能用顯微鏡解析?！盬irtz表示。

　　該項(xiàng)研究的主要負(fù)責(zé)人、約翰·霍普金斯大學(xué)化學(xué)與分子生物工程博士生StePHanie Fraley指出，“細(xì)胞在二維環(huán)境中的形狀和移動(dòng)模式僅僅是環(huán)境作用下形成的特殊結(jié)果。三維細(xì)胞培養(yǎng)的難度遠(yuǎn)高于二維細(xì)胞培養(yǎng)，典型情況下，在動(dòng)物模型試驗(yàn)前，藥物研究都在二維細(xì)胞培養(yǎng)中進(jìn)行。有時(shí)，藥物研究結(jié)果和臨床研究結(jié)果不一樣。這可能是了解為何產(chǎn)生這種差異的關(guān)鍵之一?！?/p>

　　Fraley所在研究機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人Wirtz建議，藥物研究結(jié)果與臨床研究結(jié)果存在脫節(jié)的部分原因可能在于，即便在成為三維環(huán)境的研究中，多個(gè)細(xì)胞底部仍然位于基質(zhì)的頂部?！霸诤芏嘌芯抗ぷ髦?，多個(gè)細(xì)胞僅有部分埋于基質(zhì)中，這種情況我們稱(chēng)為2.5維狀態(tài)。”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(diào)節(jié)細(xì)胞移動(dòng)性的灶性黏附蛋白質(zhì)的作用變得不同。

　　Wirtz補(bǔ)充道，由于失去黏附性和細(xì)胞移動(dòng)增強(qiáng)是癌癥的特征，他們的研究結(jié)果將根本性改變用于藥物研究的細(xì)胞的培養(yǎng)方式。譬如，在三維環(huán)境中，加工斑聯(lián)蛋白（zyxin）的細(xì)胞以隨機(jī)方式移動(dòng)，尋找它們的局部環(huán)境。然而，當(dāng)斑聯(lián)蛋白基因被停止時(shí)，細(xì)胞幾乎以一維方式遠(yuǎn)離原來(lái)的部位、快速和持續(xù)移動(dòng)。

　　Fraley認(rèn)為，這些細(xì)胞甚至?xí)刂呀?jīng)尋找過(guò)的路徑返回?！氨娝苤?，斑聯(lián)蛋白在很多癌癥中被錯(cuò)誤調(diào)控”。因此，他補(bǔ)充道，了解三維環(huán)境中類(lèi)似斑聯(lián)蛋白的功能是了解細(xì)胞如何展開(kāi)或轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵所在?！爱?dāng)然，腫瘤生長(zhǎng)十分重要，但使大多數(shù)癌癥患者死亡的是癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移?！?/p>

　　為研究三維環(huán)境下的細(xì)胞活動(dòng)，研究小組在玻片上鋪上數(shù)毫米厚的富含膠原蛋白的凝膠。膠原蛋白是體內(nèi)最為豐富的蛋白質(zhì)，在凝膠中形成類(lèi)似細(xì)胞在體內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)胞外基質(zhì)骨架。研究人員在凝膠成形前將細(xì)胞混入，然后，使用倒置共聚焦顯微鏡從下邊觀察細(xì)胞在凝膠基質(zhì)中的移動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞在二維環(huán)境中移動(dòng)時(shí)，細(xì)胞下側(cè)總與表面接觸，形成很多尺寸大、存在時(shí)間長(zhǎng)的灶性黏附。而細(xì)胞在三維環(huán)境中移動(dòng)時(shí)，只與包圍細(xì)胞的膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)有輕微接觸，接觸部位極小、存在時(shí)間短，研究者觀察到。

　　“我們認(rèn)為，在三維環(huán)境中，二維環(huán)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(guān)注三維環(huán)境下類(lèi)似斑聯(lián)蛋白這樣機(jī)械刺激感覺(jué)蛋白在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性中的作用，以及凝膠基質(zhì)孔徑和剛度對(duì)細(xì)胞遷移的影響。

來(lái)源：藥品資訊網(wǎng)信息中心

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