癌細胞在組織的「最佳位置」?細胞傾向往軟硬適中位置移動

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細胞遷移機制是癌症研究的重要課題,過去認為細胞有往機械性質較硬的區域去遷移的傾向,但明尼蘇達大學雙城分校(UMN)團隊領導的國際研究小組發現,癌細胞實際上可以被某些更舒適、不太硬也不太軟的環境所吸引,為癌症如何在體內傳播提供了全新見解。

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趨硬性與否與細胞收縮和黏附機制有關

從柔軟的脂肪組織到中等硬度的肌肉組織,再到堅硬的骨組織,細胞如何感知環境並引導細胞遷移是許多研究關注的方向,過去研究發現,細胞會受到細胞外基質(ECM)硬度影響,傾向往硬度更高的區域遷移,儘管觀察到這種趨硬性(durotaxis)現象,由於尚不清楚背後的生理機制,單一細胞是否會往更軟的環境移動仍然未知。

由於曾觀察到腦癌細胞展現出與趨硬性相反的傾向,研究團隊最終聚集了包含癌細胞生物學、計算建模和工程學領域專家共同研究,而在《Nature Materials》的新論文中,除了使用數學模型預測,團隊針對 U-251MG 神經膠質瘤細胞的實驗也證實,細胞實際上可以向更柔軟的地方移動。

團隊在研究中也發現一些細胞具有反饋機制,讓它們在更堅硬的環境中抓得更加牢固,像是團隊過去研究的乳癌細胞也屬於其中之一,這也解釋了為什麼過去許多研究都顯示細胞會移動到更硬的一側。團隊同時也發現,如果在基因上關閉這種機制,細胞就會更傾向聚集在硬度更剛好的地區。

研究人員認為,這項發現挑戰了該領域目前主流的想法,展示組織硬度是如何決定細胞定位並調節所有類型的細胞遷移;不是單純的趨硬性,而是與細胞的收縮和黏附機制有關,細胞實際上可以移往硬度更剛好、能夠發揮最大牽引力的「最佳位置」。


解碼癌細胞如何侵入組織

細胞轉向機制的鑑定為癌症發展途中一些神秘進程提供了解釋,像是癌細胞如何從堅硬的乳房腫瘤核心中遷移出來。團隊相信,這項發現將幫助科學家和工程師更了解癌症是如何傳播,從而改善未來的治療方法。

明尼蘇達大學雙城分校生物醫學工程系教授、研究作者 David Odde 表示,「我們所做的基本上是在解碼癌細胞如何侵入組織,它們不只是隨機移動,實際上有特定喜歡的移動方式,如果我們能理解這一點,我們可能會更好地擋住它們。」

研究人員計畫下一步將利用這些資訊打造一個模擬器,展示整個腫瘤中的癌細胞是如何移動,幫助科學家更好根據環境預測細胞的下一步動作。

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參考資料:
1. Nature Materials, 2022, http://dx.doi.org/10.1038/s41563-022-01294
2.https://cse.umn.edu/college/news/research-finds-cancer-cells-can-migrate-toward-certain-sweet-spot-environments
3.https://www.utu.fi/en/news/press-release/cancer-cells-behave-like-goldilocks-researchers-have-resolved-the-mystery-of

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