机械工程师创建的癌症模型为肿瘤生长提供了新见解

当癌细胞和肿瘤细胞在人体内部移动时，它们会传递并承受机械力。为了了解这些作用如何影响癌细胞的生长，扩散和侵袭，Rensselaer Polytechnic Institute的一个工程师团队正在开发模仿人体机械环境各个方面的新模型，从而提供有关肿瘤如何以及为何在体内发展的新见解。某些方式。

在今天发表在《整合生物学》上的研究中，Rensselaer的工程师团队开发了一种体外(实验室)淋巴管模型，用于研究肿瘤栓子的生长，血管内肿瘤细胞的收集，这些肿瘤细胞通常与转移和肿瘤复发的增加相关。

“肿瘤栓子的生长对于某些类型的癌症的扩散和转移很重要。例如，炎性乳腺癌的这种增长模式是栓子在真皮淋巴管内，乳房内大量扩散，并且在子宫内极具侵略性。这样一来，”领导这项研究的伦斯勒(Rensselaer)机械工程助理教授克里斯汀·米尔斯(Kristen Mills)说。“对肿瘤栓子的这种生长还没有真正研究过。”

实验室中以前的肿瘤模型使用的是不受约束的肿瘤细胞球体，研究人员无法研究在管状血管的物理边界内真正发生的机械相互作用。为了更精确地模仿体内发生的事情，米尔斯和她的团队在实验室中使用凝胶中的小通道对淋巴管进行了建模。他们将这些通道放置在僵硬或柔软的生物惰性凝胶中，以模仿肿瘤栓子在僵硬，患病组织或柔软健康的组织中可能遇到的限制。

为了将细胞的生长变行为，小组使用乳腺癌和结肠癌肿瘤细胞聚集到另一少的栓子，其中一个是更积极的，建模。

研究人员发现，僵硬的肿瘤环境模型将两种类型的肿瘤栓子限制在圆柱状通道上，从而导致栓子沿血管快速生长。但是，他们发现，在模拟健康结肠或乳房组织的较软的基质模型中，癌细胞的生长基于它们的类型而有所不同。

侵袭性细胞完全不受开放通道的存在的影响，并成长为球形，向基质中鼓胀，而侵略性较低的细胞首先沿通道生长几天，然后才向基质中鼓胀。研究人员将生长的差异与癌细胞的力量产生能力联系起来。独立测量表明，侵袭性癌细胞比侵袭性较低的细胞能够施加更大的力量。

Mills说，沿着血管或通道的生长是有问题的，因为肿瘤内的细胞可以通过血管壁不断获取维持生命的营养。Mills说，当肿瘤细胞在一个球体中生长并开始膨出时，位于肿块中心的细胞与营养物质的距离就越来越远，直到它们被切断并最终死亡。该信息对于治疗设计和处方可能至关重要。

“我们认为这很重要，因为它以某种方式暗示着，如果这些血管周围的肿瘤组织因疾病而异常变硬，或者例如，如果乳房组织已经变稠或变硬，您可能真的会看到子宫内有更多的生长。血管比软组织还好。”米尔斯说，他也是伦斯勒生物技术与跨学科研究中心(CBIS)的成员。

伦斯勒大学生物医学工程专业的研究生乔纳森·库尔瓦特诺(Jonathan Kulwatno)是该论文的第一作者。Mills和Kulwatno与来自西奈山的研究人员合作。

这种研究癌症的独特机械工程方法是CBIS正在进行的变革性工作的标志，像Mills这样的研究人员可以跨学科与在类似领域工作的其他工程师和科学家合作。

CBIS主任Deepak Vashishth表示：“米尔斯教授研究癌症的工程方法奠定了关键基础，其中跨学科方法被用于了解癌症的机械生物学并最终达到治疗目的。”

她说，随着米尔斯和她的团队继续他们的研究，他们正在寻找新的方法来使这些模型更复杂，同时又不失去隔离关键机械机制的能力。

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