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斯坦福大学的科学家们发现了一种新的物理机制，乳腺癌细胞利用这种机制爆发并变得具有侵袭性。他们观察到，除了现有的降解基底膜的化学方法外，癌细胞还会集体变形并撕裂基底膜屏障。
斯坦福大学的科学家们发现了一种新的物理机制，乳腺癌细胞利用这种机制爆发并变得具有侵袭性。他们观察到，除了现有的降解基底膜的化学方法外，癌细胞还会集体变形并撕裂基底膜屏障。
他们的研究结果发表在《Nature Materials》杂志上，题为“细胞体积扩张和局部收缩性驱动乳腺癌基底膜的集体侵袭”。
科学家们写道:“当癌细胞通过基底膜(BM)侵入乳腺癌时，乳腺癌就变得具有侵袭性。基底膜是一种纳米多孔基质层，它在物理上将原发肿瘤与基质分开。由于蛋白酶介导的降解或通过侵入性突起介导的力介导的孔扩大，单细胞可以通过纳米多孔三维基质侵入。然而，在乳腺癌进展过程中，多个细胞是如何通过生理基底膜共同侵入的，目前尚不清楚。在这里，我们建立了一个三维体外模型，在乳腺癌期间BM集体侵袭。我们发现细胞同时利用蛋白酶和力——但不是侵入性的——来破坏基底膜。”
斯坦福大学机械工程和生物工程副教授Ovijit Chaudhuri博士说:“当研究这种入侵过程时，重点通常放在单细胞上。但我们所知道的是，这种入侵实际上是集体性的，涉及细胞群共同努力穿透基底膜。我们的工作已经阐明了细胞如何共同作用以突破基底膜，推进了我们对癌症进展中这一关键转变的基本理解。”
先前的研究表明，单个癌细胞可以产生一种叫做蛋白酶的酶，这种酶可以分解一些基底膜，但是抑制蛋白酶的治疗并不能阻止癌细胞的破坏。研究小组开发了一种新的模型，可以从三维角度研究乳腺癌和基底膜，以确定是否有其他机制在起作用。
“我们真正关注的是其中涉及的机械力，这是一个不同的视角，”Julie Chang说，她是乔杜里实验室的博士生，也是该论文的主要作者之一。“目前的模式是细胞使用化学物质通过基膜降解，但我们表明，物理方面也同样重要。”
科学家们设计了一种3D水凝胶，它模拟了乳腺组织的特性和培养的细胞结构，称为腺泡细胞，它表现出乳腺导管的特征，并被自己的基膜包围。他们用荧光标记标记基底膜，这样他们就可以看到和测量癌细胞与基底膜相互作用时的任何变形。他们所看到的让他们吃惊。
被困在腺泡内的癌细胞一起膨胀，导致基底膜像气球一样伸展。这一拉伸过程使基底膜变薄和变弱，从而使靠近基底膜的癌细胞施加额外的力打开孔并逃逸。
科学家们确定，他们的3D模型的关键发现与浸润性乳腺癌患者的情况一致。他们还咨询了宾夕法尼亚大学的同事，后者能够通过计算模型验证他们的结果，证实所涉及的物理力在理论上可以使细胞突破基底膜。
科学家们正在研究一旦癌细胞突破基底膜，它们是如何与周围的乳腺组织发生物理相互作用的，并深入了解基底膜本身。
Chaudhuri说:“这种全球体积扩张机制代表了对乳腺肿瘤如何变得具有侵袭性的新见解，它源于3D培养模型的发展，使我们能够可视化侵袭过程。它强调了细胞群共同作用时产生的紧急行为，这些行为使癌症得以入侵。”
Cell volume expansion and local contractility drive collective invasion of the basement membrane in breast cancer.
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