癌症转移中跨内皮迁移的细胞力学

目的肿瘤细胞穿过血管内皮细胞层的跨内皮迁移(transendothelial migration,TEM)是癌症转移过程中的一个核心环节,但这一过程中的详细机制尚未被完全揭示。本研究旨在探讨肿瘤细胞在跨内皮迁移过程中的细胞力学行为,包括伪足的形成、细胞在挤压过程中的形变、黏附作用以及细胞铺展。方法构建了一个精细的体外肿瘤细胞跨内皮迁移模型,旨在模拟肿瘤细胞在体内跨内皮迁移的生物学过程及其与细胞间相互作用的复杂性。利用这一模型,能够精确地追踪和观察肿瘤细胞在迁移过程中的动态行为。结果研究结果显示,内皮细胞层通过形成肌动蛋白环样结构,在肿瘤细胞周围的空间限制了其迁移。肌动蛋白环的收缩对肿瘤细胞产生了显著的物理阻碍。此外,发现多种因素通过调节肿瘤细胞与肌动蛋白环、内皮细胞以及细胞外基质之间的相互作用,进而影响肿瘤细胞的侵袭能力。结论本研究的结果不仅阐明了肿瘤细胞跨内皮迁移的细胞力学基础,而且为进一步开发针对癌症转移的治疗策略提供了科学依据。

肿瘤细胞通过对基质纤维重塑影响局部侵袭的细胞力学机制

目的癌症转移始于早期的肿瘤细胞局部侵袭,在此期间,癌细胞从原发肿瘤中脱离,穿透细胞外基质(ECM),然后侵入邻近组织。然而,脱离和穿透过程中的细胞力学机制尚未完全理解。方法开发了一种双肿瘤球系统,通过实验原位观察肿瘤的侵袭和数值模拟进行定量分析来研究局部侵袭的力学机制。肿瘤球的制备采用的是经典的悬滴法,在获得合适的双肿瘤球后,通过加入适量的胶原溶液以完全淹没肿瘤球。此外,采用粗粒化建模方法来模拟肿瘤球和ECM纤维网络之间的相互作用。模拟是通过自主编写的FORTRAN代码进行求解运算。结果和结论细胞主动收缩产生的张力场在肿瘤侵袭中起着关键作用,是侵袭过程中重塑胶原纤维的驱动力。重塑的胶原纤维由于纤维基质的硬化,促进了细胞的极化和迁移,纤维的有序排列也有利于癌细胞的侵袭。抑制细胞收缩力能够消除ECM重塑,并显著减少癌细胞的侵袭。本研究通过开发的考虑细胞与ECM纤维之间相互作用的粗粒化细胞模型,预测了纤维网络的张力场以及肿瘤侵袭过程中的细胞极化迁移。本研究强调了肿瘤转移早期阶段细胞力学的作用,并可能为癌症治疗提供新的治疗策略。

基底拓扑与曲率影响上皮细胞排列和极化的研究

目的许多内脏器官都由弯曲的上皮单层包围一个中心腔组成,比如各种导管和囊状结构、早期胚胎结构等。上皮细胞单层如何适应基底拓扑和曲率还有待进一步研究。本研究旨在揭示基底拓扑与曲率影响上皮细胞排列和极化的生物力学机理。方法设计不同几何拓扑(圆柱面、球面)和曲率的曲面基底,研究细胞在曲面基底上极化、重排以及迁移的力学行为。结合液晶理论,建立排列-弹性耦合的连续介质模型,预测曲率和拓扑对细胞取向和长细比的影响。结果实验发现随着圆柱面/球面曲率增大,细胞更倾向于沿圆柱面轴向/球面环向排列且具有更大的长细比。细胞长细比和取向表现出显著的位置依赖性,越靠近边界,细胞长细比越大,且细胞倾向于沿边界取向排列。理论结果表明,细胞的排列方向与细胞单层面内最大主应力一致,而细胞长细比与细胞单层面内最大剪应力分布高度重合。曲率通过影响最大剪应力调节细胞极化行为。结论本研究揭示了几何拓扑约束和曲率对上皮细胞极化的调控,为曲率影响细胞行为提供了力学解释,有望对理解上皮形态发生和胚胎发育相关疾的诊断和治疗提供依据。

跨内皮迁移中肌动蛋白环的力学机制

目的肌动蛋白环是一种由肌动蛋白丝构成的环状结构。它可以在组织内产生张力,以调节各种生理和病理过程,例如跨内皮迁移、伤口/缺口闭合、细胞凋亡和细胞分裂等。本研究旨在揭示肌动蛋白环在细胞跨内皮迁移过程中的作用。方法在实验上构建了一个细胞跨内皮迁移的体外模型,并且将整个迁移过程抽象成连续介质的力学模型。使得可以通过实验和理论方法分析肌动蛋白环结构约束跨内皮迁移的机制。结果有几个因素通过影响肿瘤细胞与肌动蛋白环结构、血管内皮细胞和细胞外基质的相互作用来调节侵袭过程。首先,内皮细胞的密度影响内皮层对肿瘤细胞的约束效果。细胞密度越高,细胞间隙和肌动环结构越小,从而产生更强的约束效果。其次基质硬度可以调节血管内皮层中肌动蛋白丝的分布,进而调节肌动环的约束效果,影响癌细胞的侵袭。第三,细胞核的硬度对跨内皮迁移具有多方面的影响。结论本研究对于理解肌动蛋白环结构的关键作用和肿瘤转移的细胞机制提供了有用的启示。