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新的研究发现，乳腺癌细胞的细胞膜上存在可变电压，揭示了它们生长和扩散的方式。
新的研究发现，乳腺癌细胞的细胞膜上存在可变电压，揭示了它们生长和扩散的方式。
这项由伦敦帝国理工学院和伦敦癌症研究所领导的研究，可以帮助我们更好地了解癌细胞是如何“决定”何时繁殖和向何处扩散的。
当细胞癌变时，它们会经历一系列生物电变化。例如，包围细胞的细胞膜比健康细胞膜带更多正电荷。
这项发表在《通讯生物学》杂志上的新研究发现，乳腺癌细胞的细胞膜电压不仅比健康细胞高，而且随着时间的推移也会波动——乳腺癌细胞的行为很像神经元。研究人员认为，这可能表明癌细胞之间的电子通信网络在未来可能成为破坏的目标，从而创造出可能的新疗法。
帝国理工学院生物工程系的联合主要作者阿曼达·福斯特博士说:“当健康细胞癌变时，它们所经历的变化可以帮助它们生长和扩散。”例如，我们知道某些控制细胞增殖的基因会关闭，导致细胞生长失控。
“我们还不知道为什么癌细胞中细胞膜的电压会波动，但我们的发现和技术，在工程师和生物学家令人兴奋的合作下，为进一步的工作打开了大门，可以帮助我们更好地理解癌症信号网络和生长。”
测试网络
为了测试电压，研究人员培养了8个乳腺癌细胞系和1个健康乳腺癌细胞系的细胞。然后，他们用显微镜记录细胞膜的电压，显微镜最初设计用于记录脑细胞的电活动，然后使用机器学习对信号进行分类和表征。
出乎意料的是，他们发现了癌细胞细胞膜电压的波动。虽然还需要更多的研究，但研究人员怀疑“眨眼”和“摆动”的电信号可能是细胞之间的一种交流形式。
他们添加了河豚毒素，这是一种强大的神经毒素，可以阻断钠离子通道，防止神经细胞产生电荷。此前的研究表明，癌细胞依靠这些钠离子通道变得更具侵袭性。
他们发现，就像它对神经细胞的作用一样，河豚毒素抑制了癌细胞的电压波动。研究人员表示，这可能为阻断癌细胞的通讯和行为指明新的治疗途径。
伦敦癌症研究所癌症形态动力学教授、该研究的共同主要作者克里斯·巴卡尔教授说:“这是我们第一次观察到乳腺癌细胞内电活动如此快速的波动。看起来乳腺癌细胞已经建立了一种电语言。我们仍然不知道这种语言有多复杂，但它可以让癌细胞远距离传递有关附近营养物质或恶劣环境的信息，并最终促进肿瘤存活。”
为了进一步验证他们的发现，他们在健康细胞系中诱导癌症，然后再次记录它们。他们发现，一旦这些细胞癌变，它们细胞膜的电压也会发生波动。
不同癌症类型的电信号水平不同。侵袭性越强、越无法治愈的癌细胞株具有更频繁的波动，信号有时以波的形式在细胞间传播。
研究报告的共同作者、帝国理工大学生命科学系名誉教授穆斯塔法·贾姆戈兹说:“在人体所有的细胞中，我们通常把‘易兴奋的’大脑或心脏细胞与电活动联系在一起。”我们的研究表明，癌细胞之间隐藏着一个电子信号网络，它可能在癌细胞的行为中起着关键作用，包括癌细胞之间以及肿瘤内其他细胞之间的通信。我们已经知道，作为癌症死亡的主要原因，癌症的扩散是由电活动促进的。”
Bakal教授补充说:“我们认为这些网络甚至可以使癌细胞形成类似大脑的结构，使癌细胞作为一台机器而不是作为单个单元一起行动。”
连接线索
研究人员现在正致力于识别和分解细胞膜电压和癌细胞行为之间的潜在联系，看看它们是否可以被切断。巴卡尔教授说:“如果你能停止癌细胞之间的交流，它们就会变得更容易治疗。这和战争没什么区别。如果你能阻止指挥官向前线士兵传递信息，战斗就会更容易获胜。”
Foust博士说:“我们现在正在研究电压在癌细胞行为中的作用。癌细胞会在电压以某种模式波动时进行自我克隆和增殖吗?还是会断开并侵入身体的其他部位?我们能否利用这一知识在肿瘤波动的特定阶段进行干预以防止癌症扩散?这些都是我们希望通过正在进行的工作回答的关键问题。”
该研究由综合生物成像网络、英国皇家工程院、生物技术和生物学研究委员会(BBRC, UKRI的一部分)、威康信托基金、工程和物理科学研究委员会(EPSRC, UKRI的一部分)、英国癌症研究中心和英国抗癌基金会资助。
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