Canc Res：近距离观察癌细胞转移的新设备

最近，约翰霍普金斯大学的工程师发明了一种设备，可让癌症研究人员在前所未有的显微结构水平上，来研究癌细胞转移（metastasis。该装置通过精确阐明肿瘤细胞是如何扩散的，能够发现新的方法来阻止癌症。相关研究结果发表在最近的《Cancer Research》杂志。

　　

生物通报道：最近，约翰霍普金斯大学的工程师发明了一种设备，可让癌症研究人员在前所未有的显微结构水平上，来研究癌细胞转移（metastasis）——肿瘤细胞在体内扩散的复杂方式，造成超过90%的癌症相关死亡。该装置通过精确阐明肿瘤细胞是如何扩散的，能够发现新的方法来阻止癌症。

来自约翰霍普金斯大学怀廷工程学院（Whiting School of Engineering）及纳米生物技术研究所（INBT）的发明者，将这一新系统的细节和图像，发表在最近的《Cancer Research》杂志。他们的文章报道了成功的测试实验，当人类乳腺癌细胞钻过重组身体组织材料，一路进入人造血管时，捕捉到了这个过程的视频。

本文第一作者、材料科学和工程系博士研究生Andrew D. Wong说：“对于肿瘤细胞如何在体内迁移，我们还有很多不知道的地方，部分是因为，即使使用最好的成像技术，我们也还没有精确地看到，这些单细胞是如何进入血管的。我们的新工具，使我们能够更清晰地近距离观察这个过程。”

Wong说，利用这个新的实验平台，研究人员能够在癌细胞爬过一种三维胶原基质时，记录单个癌细胞运动的视频。当癌细胞脱离并尝试迁移到身体其他部位时，这种材料类似于肿瘤周围的人体组织。这个过程称为入侵（invasion）。

Wong还收集了单个癌细胞探查和挤过人工血管壁（内衬有人类内皮细胞——排列于人类血管内壁的相同细胞）的视频。通过这个过程（称为intravasion）进入血液，癌细胞能够“搭顺风车”到达身体的其他部位，并开始形成致命的新肿瘤。

为了观察这些重要的转移早期阶段，Wong在一个小的透明芯片上重复了这些过程，这个芯片将人工血管和周围组织材料合并。一种营养丰富的溶液流过人工血管，模拟血管的性能。乳腺癌细胞，被分别插入，聚集在血管附近的组织中，被加以荧光标签，使它们的行为能够被发现，通过显微镜观察系统进行跟踪和记录。

Wong的博士生导师、INBT主任、材料科学和工程学教授Peter Searson称，他的研究生在五年前接手这一具有挑战性的项目，最终产生了令人印象深刻的结果。

Searson是本文的通讯作者、约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心成员，他指出：“Andrew能够构建一种功能性的人工血管和微环境，使我们能够捕捉到转移过程中的细节。在过去，我们几乎不可能在这种清晰度水平上，看到这一过程所涉及到的步骤。我们已经取得了重大的飞跃。”

这种改进的观察方式，应该能让癌症研究人员更清晰地看到，当细胞离开肿瘤、移动通过周围组织和靠近血管时，所发生的复杂物理和生化相互作用。例如，新的实验室设备能够让发明者看到癌细胞的详细图像，当它在血管壁上发现一个弱点时，对其施加压力，挤过足够远，因此经过的电流的力量将其扫进循环流体中。

Wong说：“如果不是因为癌细胞具有进入我们血液和接近远处部位的能力，它们要离开原始肿瘤部位的话，会有一段艰难的时间。所以，实际上是癌细胞进入血液的能力，使得癌症能够很快扩散。”对这个过程了解更多，可以发现挫败癌症转移的关键。

Wong说：“这个设备将允许我们看到转移的主要步骤，以较快的速度检测不同的治疗策略。如果我们能找到一种方法，在癌细胞转移阶梯反应（metastatic cascade）中停止这些步骤，我们也许就能够找到一种新的策略，来减缓甚至停止癌细胞的扩散。”

接下来，研究人员计划使用这一设备，尝试各种抗癌药物，以对药物如何发挥作用以及如何改进它们，有一个更好的了解。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Live-Cell Imaging of Invasion and Intravasation in an Artificial Microvessel Platform
Abstract：Methods to visualize metastasis exist, but additional tools to better define the biologic and physical processes underlying invasion and intravasation are still needed. One difficulty in studying metastasis stems from the complexity of the interface between the tumor microenvironment and the vascular system. Here, we report the development of an investigational platform that positions tumor cells next to an artificial vessel embedded in an extracellular matrix. On this platform, we used live-cell fluorescence microscopy to analyze the complex interplay between metastatic cancer cells and a functional artificial microvessel that was lined with endothelial cells. The platform recapitulated known interactions, and its use demonstrated the capabilities for a systematic study of novel physical and biologic parameters involved in invasion and intravasation. In summary, our work offers an important new tool to advance knowledge about metastasis and candidate antimetastatic therapies.