在微生理系统中对抗肿瘤和促进肿瘤的人源中性粒细胞亚型的行为组学分析

《Lab on a Chip》：Behaviorome profiling of anti-tumor and pro-tumor human neutrophil subtypes in a microphysiological system

中性粒细胞亚型N1-like和N2-like在微生理系统NTI-chip中表现出差异化的肿瘤行为，包括迁移、接触和浸润能力，N1-like通过抑制肿瘤侵袭、增殖及EMT减缓胰腺癌进展，但诱导凋亡有限。

　　在这项研究中，科学家们探讨了中性粒细胞在癌症中的双重作用，它们既可以对抗肿瘤，也可能促进其进展。为了更好地理解这种复杂的细胞行为，研究团队开发了一种基于人类细胞的微生理系统，称为“NTI-chip”（中性粒细胞-肿瘤相互作用芯片），用于在三维胶原基质中实时监测和量化中性粒细胞与胰腺癌的相互作用。这项研究揭示了不同中性粒细胞亚型（N1-like和N2-like）在肿瘤微环境中表现出的行为差异，这些发现为新型癌症免疫治疗策略提供了重要依据。

中性粒细胞是人体血液中最丰富的免疫细胞之一，通常作为抵御微生物感染的第一道防线。然而，它们也能够被肿瘤细胞招募到实体肿瘤组织中，从而促进肿瘤的生长和扩散。在传统的研究模型中，无论是体外还是体内实验，都难以精确测量中性粒细胞与肿瘤细胞之间的相互作用，尤其是在复杂的肿瘤微环境中。因此，研究团队设计了NTI-chip，这是一种结合了微流控技术和三维细胞培养的微生理系统，能够模拟肿瘤组织的微环境，并允许对中性粒细胞的行为进行高分辨率的观察和量化分析。

在研究中，科学家们首先验证了N1-like中性粒细胞在体外表现出更强的促炎特性，包括更高的活性氧（ROS）产生、白细胞介素-8（IL-8）分泌和中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）释放。此外，N1-like中性粒细胞在2D癌细胞单层培养中显示出更强的细胞毒性，能够诱导癌细胞凋亡。相比之下，N2-like中性粒细胞在迁移能力和迁移后的运动性方面表现更优，且在与肿瘤细胞接触的时间和深度上相对较少。这些结果表明，N1-like中性粒细胞可能更倾向于与肿瘤细胞保持长时间的接触，并更好地渗透到肿瘤组织中，从而抑制肿瘤的侵袭、增殖和上皮-间质转化（EMT）。

为了进一步探索中性粒细胞与肿瘤细胞的相互作用，研究团队还采用了肿瘤球体模型，这是一种更接近体内肿瘤结构的三维细胞聚集形式。通过NTI-chip，他们能够观察到N1-like中性粒细胞在与肿瘤球体的相互作用中表现出更长的接触时间和更深的渗透能力，而N2-like中性粒细胞则更倾向于快速迁移并保持较高的运动性。同时，N1-like中性粒细胞显著降低了肿瘤球体的侵袭性、增殖能力和EMT水平，尽管它们在诱导肿瘤细胞凋亡方面的作用有限。这表明N1-like中性粒细胞可能在抑制肿瘤进展方面具有重要作用，但其抗肿瘤效果仍需进一步优化。

研究还发现，N0中性粒细胞（未极化的中性粒细胞）在迁移能力和接触频率上与N1-like和N2-like中性粒细胞相似，但在接触时间上较短。这表明，即使未极化的中性粒细胞也可能在某些条件下表现出类似促肿瘤的行为。此外，N1-like和N2-like中性粒细胞在肿瘤球体的总体死亡率上没有显著差异，这提示中性粒细胞可能通过其他机制影响肿瘤进展，而不仅仅是直接的细胞毒性。

NTI-chip的开发不仅为研究中性粒细胞的行为提供了新的工具，还为癌症免疫治疗的临床转化提供了可能的途径。这种微生理系统能够模拟肿瘤微环境，并允许在体外对中性粒细胞的行为进行实时监测和量化分析，从而帮助科学家更全面地理解中性粒细胞在癌症进展中的作用。与传统的动物模型相比，NTI-chip能够使用人类细胞，并且能够对细胞行为进行单细胞分辨率的观察和分析，这为个性化医疗和新型免疫疗法的开发提供了更可靠的实验平台。

此外，研究团队还探讨了NTI-chip的结构设计和制造方法。该系统由五个平行通道组成，包括中央通道、两个侧通道和两个介质通道，这些通道通过梯形微柱连接，以实现细胞的精准定位和空间分隔。这种设计不仅能够模拟肿瘤微环境，还能够对中性粒细胞的行为进行实时跟踪和分析，从而提供更丰富的数据支持。通过使用微流控技术和三维细胞培养，NTI-chip能够更准确地反映肿瘤组织的复杂性，并为后续的免疫疗法研究提供有力的工具。

研究的最终目的是揭示N1-like和N2-like中性粒细胞在胰腺癌中的行为差异，并探索这些差异对肿瘤进展的影响。通过结合微流控技术、三维细胞培养和免疫学研究，科学家们成功构建了一个能够模拟人体肿瘤微环境的实验平台，从而能够更准确地测量中性粒细胞的行为。这些发现不仅加深了我们对中性粒细胞在癌症中的作用的理解，还为开发针对特定中性粒细胞行为的免疫治疗策略提供了理论依据。

未来的研究可以进一步利用NTI-chip探索中性粒细胞的其他行为，如外渗（extravasation）和肿瘤微环境中的分子机制。此外，随着单细胞测序技术的发展，研究团队还可以结合转录组和蛋白质组分析，以构建更全面的多组学研究框架。这将有助于更深入地理解中性粒细胞在肿瘤微环境中的多样性及其动态变化，从而为癌症免疫治疗提供更精准的靶向策略。

总之，这项研究通过开发一种基于人类细胞的微生理系统，揭示了N1-like和N2-like中性粒细胞在胰腺癌中的行为差异。这些发现不仅拓展了我们对中性粒细胞在癌症中的作用的认识，还为未来的癌症免疫治疗提供了新的思路和工具。通过结合微流控技术、三维细胞培养和先进的成像技术，NTI-chip能够为科学家提供一个更接近真实生理环境的实验平台，从而推动癌症免疫治疗的发展。