細胞機械性能變化可能導致癌癥

日期：2012-01-30 08:55:41

據國外媒體報道，近日，位于美國奧斯汀市的德克薩斯大學分校化學工程系的研究人員首次發現細胞機械性能的變化可能是腫瘤發生的原因。這個發現對研究人員預判、治療以及阻止腫瘤細胞的進一步擴散提供了一個新方法。來自科克雷爾工程學院、波士頓大學生物醫學工程與醫藥的研究人員也參與了該項研究，他們共同建立了一個三維腫瘤模型，顯示軟化的細胞在細胞內發生改變，導致了細胞癌變現象的產生。

細胞發生物理力學性能上的改變最終使得細胞分裂失控，結果便是這些分裂失控的細胞出現較低的死亡率，導致惡性腫瘤的增長。該研究發現是目前唯一一種從物理學的角度分析腫瘤的發病原因。該論文已經發表在最近出版的《物理評論快報》上，該期刊由美國物理協會創辦。

博士后研究生保勞格帕爾克對該研究評論為：到目前為止，關于癌癥的研究都集中在生化角度，為了尋找解決與生化致癌相關的各種相互依存的誘發因素，我們將焦點集中在較不“顯眼”的細胞機械因素方向。這是一種新的針對癌癥誘發因素研究方法。然而，研究人員在區別癌變細胞與正常細胞過程中發生了怪異的相似性，比如在細胞的機械強度和粘附性方面，癌變細胞之間表現出與正常細胞迥然不同的特點。

這些特點也是研究人員區別癌變細胞與正常細胞的方法，其同樣也類似于以前觀察癌變細胞時的分類法。根據研究人員介紹：癌變得細胞較健康的細胞顯得更加柔軟，這就意味著當這些柔軟的癌變細胞被較硬的正常細胞所包圍時，前者就會變得更緊實，不易擴散。但是，當相鄰的癌變細胞數量增加時，來自正常細胞的較硬表面“對抗力”就出現了降低，這時候癌變細胞“趁機”松弛下來，擴大自己的表面積，以便覆蓋更大的區域。拉伸的細胞可以提高自身的增值能力，并降低了細胞死亡的概率。

該研究小組的研究人員通過精確的計算模型復制了在一個組織內細胞的生命周期，便于觀察細胞機械性能的改變如何對細胞的行為產生影響。在實驗開始前，研究人員確定在這個健康的組織內有相同機械性能以及粘附性的細胞，然后在組織中心將一些細胞軟化，結果顯示只要軟化的細胞低于臨界值，這個組織仍然會保持健康、穩定。

如果超過了這個臨界值，機械性能出現變化的柔軟細胞就會出現倍數式增加，遠遠大于正常健康的細胞。除了這一點外，腫瘤的增長是依靠自身強大的繁殖能力替換到周圍健康的細胞，臨床觀察也顯示這也是惡性腫瘤的一個特征。研究人員還分析了如何使一個細胞增加粘附性，或者保持較硬的機械性能，以及影響其他細胞的轉移性能和繁殖能力。他們觀察到軟化細胞之間的結合能力出現了改變，該變化是控制著更多腫瘤細胞形成的一個關鍵因素。

研究人員認為這個探索方式為各種生化致癌或者遺傳因素致癌的研究提供了一個新的物理研究方向，可以推動癌癥研究的進展。博納卡澤認為：我們對這些結果感到非常滿意，因為它們將癌癥發病過程的生化與物理因素結合了起來，共同指向了關于癌癥研究的新方向，并為攻克癌癥提供了新途徑。該項研究的作者為：博士后研究生保勞格（Parag Katira）、他的指導老師科克雷爾工程學院的系主任羅杰T博納卡澤（Roger T. Bonnecaze）以及T布羅克特哈德森（T. Brockett Hudson）教授、波士頓大學生物醫學工程與醫藥研究人員穆罕默德•扎曼（Muhammad Zaman）。