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動(dòng)物細(xì)胞與其周圍細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用，對(duì)細(xì)胞功能，包括細(xì)胞生長和遷移有重要的影響，但是關(guān)于這些方面的調(diào)控機(jī)制，科學(xué)家們了解的還非常少。由康奈爾大學(xué)生物工程師和賓州大學(xué)研究人員組成的多學(xué)科研究小組研發(fā)了一種檢測(cè)細(xì)胞力的新技術(shù)，并利用這一技術(shù)分析了一個(gè)乳腺癌細(xì)胞與其纖維環(huán)境之間的相互作用，這對(duì)于多個(gè)研究方向具有重要，比如免疫學(xué)與癌癥生物學(xué)，也能幫助科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出更好的組織工程生物支架。

這一研究成果公布在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上，領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是康奈爾大學(xué)的吳明明（Mingming Wu，音譯）教授，作為一位生物工程師，多年前，她的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種瓊脂糖凝膠微流體設(shè)備，解析了正常想和腫瘤細(xì)胞的新遷移機(jī)制。

在這篇文章中，研究組設(shè)計(jì)了一種3D牽引力顯微鏡（traction-force microscopy），檢測(cè)膠原基質(zhì)中分散的熒光標(biāo)記珠，研究人員將這些微珠放在乳腺癌細(xì)胞基質(zhì)中，賓州大學(xué)的Vivek Shenoy研究組就此計(jì)算出細(xì)胞牽引力。“細(xì)胞基質(zhì)就像是一根繩子，細(xì)胞為了能移動(dòng)，就必須在這根繩子上使力，”吳教授說，“就癌癥轉(zhuǎn)移來說，如果細(xì)胞不遷移，那么就會(huì)是一個(gè)良性腫瘤，一般不危及生命。”一旦癌細(xì)胞開始遷移，就有可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，給身體帶來多方面影響。這項(xiàng)研究指出，這種細(xì)胞與基質(zhì)之間的交流也許是靶向癌癥治療的一個(gè)新方法，“我相信每一次的技術(shù)進(jìn)步都將促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，”她說。細(xì)胞遷移是個(gè)復(fù)雜的過程，意味著細(xì)胞擺脫束縛，在生物體內(nèi)移動(dòng)，并侵入新的組織。然而，癌細(xì)胞遷移的研究，還面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。腫瘤是個(gè)異質(zhì)性的群體，只有一小部分細(xì)胞能夠獲得遷移的特性，并移動(dòng)到新的組織。根據(jù)微環(huán)境的不同，轉(zhuǎn)移細(xì)胞表現(xiàn)出善變的遷移模式。研究人員在研究遷移時(shí)，面臨著艱難的選擇。一方面，他們需要簡化的體外系統(tǒng)，來檢驗(yàn)特定的假說和解析運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。另一方面，他們又想要在組織和活體的背景下研究這些機(jī)制。這種矛盾促使越來越多的研究人員開始求助于三維（3D）模型和活體成像技術(shù)。

荷蘭內(nèi)梅亨分子科學(xué)研究所的Peter Friedl認(rèn)為，過去十年3D模型的開發(fā)對(duì)于細(xì)胞遷移的研究是至關(guān)重要的。這些復(fù)雜的模型讓研究人員能夠控制支架的孔徑和硬度等因素，這些對(duì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)可能很重要。最近，Yamada的研究小組就在正常和腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種全新的遷移機(jī)制，其中細(xì)胞利用類似活塞的核向前運(yùn)動(dòng)。

過去十年，細(xì)胞遷移的研究已經(jīng)從基本機(jī)理轉(zhuǎn)移到疾病病理。之前，依靠透明的動(dòng)物，比如線蟲、斑馬魚，人們已經(jīng)獲得了細(xì)胞在體內(nèi)遷移的基本見解。如今，人們開始高難度的挑戰(zhàn)，以哺乳動(dòng)物作為研究目標(biāo)。當(dāng)然，這很困難。小鼠組織是不透明的，可見光只能穿透100微米，而且生成一定數(shù)量的小鼠模型很昂貴，也很耗時(shí)。盡管如此，越來越多的研究人員還是采用活體成像技術(shù)來研究小鼠中的細(xì)胞遷移。這種技術(shù)依賴轉(zhuǎn)基因小鼠以及顯示腫瘤細(xì)胞的熒光報(bào)告分子，之后再利用顯微鏡來追蹤。