癌細胞，是我們所熟知最狡猾的細胞之一，不僅會利用偽裝隱藏起來，躲避免疫細胞的偵查與追擊，還有強大的侵襲能力，破壞正常器官組織的運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移癌的出現(xiàn)，那么，癌細胞究竟是如何侵入不同類型的組織器官的呢？
要知道，細胞形態(tài)由其功能所決定，也分布在人體的不同器官中，比如，神經(jīng)細胞會有長長的分支突起，用于與其他神經(jīng)元細胞進行交流，而上皮細胞的立方體形狀允許它們能夠平鋪器官表面，這些不同類型的細胞在正常發(fā)育和維持健康的生理（傷口愈合等）過程中，會通過形變與移動來執(zhí)行特定的遷移程序，而在有腫瘤的情況下，癌細胞究竟是如何利用遷移程序來誘發(fā)人體的癌轉(zhuǎn)移的？
近日，關(guān)于這一問題有了新的研究發(fā)現(xiàn)，美國俄勒岡州立大學(xué)的研究團隊在期刊《Scientific Reports》上發(fā)表了題為“Morphodynamics facilitate cancer cells to navigate 3D extracellularmatrix”的文章，該項研究通過在細胞外基質(zhì)（ECM）中觀察乳腺癌細胞的形態(tài)動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)癌細胞運動呈現(xiàn)一種隨機過程，在穿越兩種不同微結(jié)構(gòu)的基質(zhì)界面時，它們會通過ECM力學(xué)以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)表現(xiàn)出豐富的形態(tài)動力學(xué)，這也是癌細胞能夠入侵其他組織的原因之一。
在此次研究中，研究團隊使用I型膠原細胞外基質(zhì)和一種常用醫(yī)學(xué)研究的高侵襲性乳腺癌細胞系DMA-MB-23作為研究對象，通過調(diào)整膠原蛋白濃度、排列和溫度來系統(tǒng)改變 ECM 的物理特性，模擬不同的細胞形態(tài)，并使用計算機視覺人工智能來跟蹤ECM中癌細胞的遷移程序。
研究者們發(fā)現(xiàn)，3D遷移癌細胞展現(xiàn)出了快速波動形狀，其細胞形態(tài)表現(xiàn)為幾何空間的隨機游動 。在此基礎(chǔ)之上，研究人員開展了中尺度細胞形態(tài)動力學(xué)研究，并將四種形態(tài)學(xué)表型納入研究范圍之內(nèi)，包括肌動蛋白富集前緣（AE）和小氣泡（BB）兩種變形蟲樣形態(tài)，以及絲狀偽足（FP）和片狀偽足（LA）兩種間充質(zhì)形態(tài)。研究結(jié)果顯示乳腺癌細胞會自發(fā)地在四種不同的形態(tài)表型之間進行轉(zhuǎn)換，比如，它們會通過中間狀態(tài)從BB細胞模式直接切換到LA模式。
為了了解細胞形態(tài)表型轉(zhuǎn)變的潛在機制，研究人員檢查了Rho/ROCK 信號對癌細胞的影響。Rho/ROCK信號是決定細胞機械狀態(tài)的主要調(diào)節(jié)器，是控制細胞形態(tài)發(fā)生變化和遷移的關(guān)鍵一環(huán)。結(jié)果顯示，Rho/ROCK信號的擾動并不支持特定的形變與遷移模式，而是改變了遷移模式的轉(zhuǎn)換率。特別是下調(diào)Rho信號后，會通過 AE 到 LA 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來展現(xiàn)整體從變形蟲形態(tài)到間充質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)變。另一方面，Rho 的激活導(dǎo)致強烈波動的形態(tài)動力學(xué)，豐富了BB細胞，而上調(diào)和下調(diào) Rho/ROCK 信號傳導(dǎo)結(jié)果的不可逆性則展現(xiàn)了控制 3D 癌細胞運動的復(fù)雜表型景觀。
研究人員又從溫度、密度與排列等角度入手對ECM的物理特性進行改變，進一步了解癌細胞的形變與遷移，結(jié)果表明，ECM微觀結(jié)構(gòu)的變化調(diào)節(jié)了癌細胞形態(tài)表型的概率、停留時間和轉(zhuǎn)變率。針對這一發(fā)現(xiàn)，該研究通訊作者表示，許多針對細胞特定移動方式的癌癥療法可能無法阻止腫瘤轉(zhuǎn)移，這在很大程度上是因為細胞轉(zhuǎn)向了另一種可用的遷移程序，而此次的發(fā)現(xiàn)，將使我們能夠更好地預(yù)測通過ECM物理特性操縱細胞遷移模式的結(jié)果，從而阻斷癌細胞的擴散與侵襲。
總而言之，科學(xué)家們在此次研究中展示了癌細胞在接近和穿過這些基質(zhì)界面時逐漸發(fā)生的形狀和運動程序的改變。研究人員表示，“細胞形態(tài)變化的方式是決定其侵襲潛力的關(guān)鍵因素，這在很大程度上尚未得到充分研究。不過，遷移癌細胞的形態(tài)動力學(xué)正在成為檢查細胞內(nèi)部狀態(tài)和微環(huán)境的有力工具，未來的研究需要將形態(tài)動力學(xué)解碼為豐富且易于理解的細胞肢體語言，并將其作為一種腫瘤環(huán)境下影響控制細胞運動的手段，幫助治療轉(zhuǎn)移癌?！?/div>
