癌細胞生長過程使周圍的基質發(fā)生位移，導致細胞生長出現(xiàn)機械阻力。腫瘤的生長和重塑過程是由癌細胞及其周圍基質的材料特性來調節(jié)的，然而這兩個實體之間的機械相互依存關系還未知。

近日，來自美國杜克大學的Shyni Varghese教授團隊通過微流控機械驅動破譯了3D環(huán)境中腫瘤球體生長的機制，研究成果以“Deciphering the Mechanics of Cancer Spheroid Growth in 3D Environments through Microfluidics Driven Mechanical Actuation”為題發(fā)表在Adv. Healthcare Mater. 期刊上。

圖1 微流控系統(tǒng)用于3D癌癥球研究示意圖

該研究中，研究人員開發(fā)了一個微流控平臺，將腫瘤球精確地置于水凝膠中，同時對生長的球狀體和周圍的基質進行機械檢測。通過靜水壓力使充滿球狀體的水凝膠變形，接著使用共焦成像和有限元分析，推斷出球狀體和基質的材料特性。對于嵌入軟水凝膠中的球狀體，可以檢測到基質的楊氏模量在不連續(xù)的位置下降，并伴隨著局部的腫瘤生長。

與此相反，嵌入硬水凝膠中的球狀體盡管有生長，但并沒有明顯降低周圍基質的楊氏模量。堅硬基質中的球狀體利用其高體積模量進行生長，并顯示出均勻的體積膨脹。



圖2 微流控裝置加載充滿細胞的GelMA水凝膠

研究人員在微流控裝置中對充滿細胞的GelMA水凝膠進行靜水加載后，應用靜水壓力來機械地探測裝滿球狀體的水凝膠以及3D位移場量化水凝膠圓柱體和XZ橫截面中間橫向XY平面內的無細胞水凝膠的變形。

球狀體在暴露于靜水壓力之前和之后，XY平面顯示在流體裝置底部以上50μm處。結果可以清晰看到癌癥球被含有熒光顆粒的GelMA水凝膠包圍，表明通過微流控系統(tǒng)來研究3D環(huán)境腫瘤球體生長的可行性。



圖3 體積模量對硬水凝膠內球狀體生長的作用研究









審核編輯：劉清