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美國麻省總醫(yī)院和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)一種新型的微型設(shè)備，將之作為細(xì)胞的障礙場地，揭示上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)在腫瘤細(xì)胞侵襲過程中的作用。相關(guān)文章發(fā)表于2014年8與17日的《Nature Materials》雜志上。
在上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)過程中，組織中彼此粘附的上皮細(xì)胞，會轉(zhuǎn)變成為可以具有較強遷移能力的間充質(zhì)細(xì)胞。在胚胎發(fā)育中EMT是一個有益的過程，細(xì)胞通過EMT在胚胎中移動并建立特化的組織。不過近年來人們發(fā)現(xiàn)，EMT也在癌轉(zhuǎn)移中起到了關(guān)鍵性的作用，但是還沒有工具可以直接觀察這個過程。 為此，研究人員設(shè)計了一個微小的設(shè)備，包括一個半毫米見方的平板，其上覆蓋著微小的柱體陣列。這些柱體直徑大約10微米，相互間隔約10微米，留下了足夠的空間給細(xì)胞通過。他們利用顯微鏡和延時攝影技術(shù)，跟蹤癌細(xì)胞跨越平板的整個過程。 “這個設(shè)備相當(dāng)于細(xì)胞的障礙賽場地，”Brown大學(xué)的助理教授Ian Y. Wong說，他完成這項研究時還是麻省總醫(yī)院的一名博士后。“其中的柱體大小和間隔高度可控，因此我們可以進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，并對細(xì)胞的移動方式進(jìn)行分類。” 研究人員選取了良性腫瘤細(xì)胞(上皮性)，然后添加化合物誘導(dǎo)這些細(xì)胞發(fā)生EMT轉(zhuǎn)變，并將它們放入障礙賽場地。 研究顯示，大約84%的細(xì)胞聚集在一起緩慢前進(jìn)，另外16%的細(xì)胞遙遙領(lǐng)先，快速通過平板。令研究人員感到驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)聚集成群的一些細(xì)胞重新開始表達(dá)上皮性蛋白，有倒退回上皮細(xì)胞的傾向。 這項研究顯示，癌細(xì)胞主要有兩種移動模式：大部分細(xì)胞團(tuán)結(jié)在一起共同緩慢前進(jìn)，少數(shù)細(xì)胞擔(dān)任先鋒沖在最前面。人們或許可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)藥物，通過逆轉(zhuǎn)EMT減弱癌細(xì)胞的侵襲性。 研究人員還指出，這項研究中的微型場地可以為癌癥研究和藥物試驗提供幫助。“這一技術(shù)可以廣泛用于臨床前研究，在不同的癌細(xì)胞系和患者樣本中，對抗遷移藥物進(jìn)行測試，”Wong說。 原文摘要： Collective and individual migration following the epithelial–mesenchymal transition Ian Y. Wong, Sarah Javaid, Elisabeth A. Wong, Sinem Perk, Daniel A. Haber, Mehmet Toner& Daniel Irimia During cancer progression, malignant cells in the tumour invade surrounding tissues. This transformation of adherent cells to a motile phenotype has been associated with the epithelial–mesenchymal transition (EMT). Here, we show that EMT-activated cells migrate through micropillar arrays as a collectively advancing front that scatters individual cells. Individual cells with few neighbours dispersed with fast, straight trajectories, wheras cells that encountered many neighbours migrated collectively with epithelial biomarkers. We modelled these emergent dynamics using a physical analogy to phase transitions during binary-mixture solidification, and validated it using drug perturbations, which revealed that individually migrating cells exhibit diminished chemosensitivity. Our measurements also indicate a degree of phenotypic plasticity as cells interconvert between individual and collective migration. The study of multicellular behaviours with single-cell resolution should enable further quantitative insights into heterogeneous tumour invasion. |
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