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生物物理学

生物物理学

压力限制了肿瘤的生长

01 Nov 2011
处于压力下的细胞不会分裂

法国的物理学家发现,简单地施加机械压力会减慢肿瘤的生长并限制其大小。研究人员使用小鼠细胞进行了研究,他们说,这些结果可能会导致更好的癌症诊断工具,甚至可能最终导致治疗该疾病的新型药物。

众所周知,当活细胞内的DNA突变时,肿瘤会形成并发展为癌症,但是这种发展如何受到肿瘤周围环境的影响仍然是一个争论的话题。让·弗兰(Jean-Fran)的新研究ç巴黎居里研究所的ois Joanny及其同事研究了肿瘤如何’它的生长受到它推向周围健康组织的压力所限制。

很难区分出遗传学,生物化学和力学在活生物体内肿瘤中的作用。为了解决这个问题,乔妮’的小组在实验室工作台上使用直径只有十分之几毫米的类似肿瘤细胞的小鼠细胞球进行工作。研究人员将模拟肿瘤放入一个由半透性聚合物制成的袋子中,该袋子长几毫米。然后将其放入含有允许细胞生长的营养物质的溶液中。单独处于这种状态,肿瘤将继续生长两到三周,直到达到稳态,在该状态下细胞死亡恰好平衡了细胞分裂。

用糖夹住

为了找出压力对该增长有何影响,研究小组在溶液中添加了长糖分子。这些分子太大而无法通过袋子中的微小孔洞,因此留在袋子外面,从而造成浓度不平衡,迫使溶液从袋子中出来,以试图恢复平衡。袋子外面更高浓度的溶质然后将机械压力施加到袋子上,并且该压力被内部肿瘤感觉到。使用相同制备的肿瘤重复该过程,每个肿瘤都放在自己的袋子中,然后浸入具有不同糖浓度的溶液中,从而使每个肿瘤承受不同的压力。

研究小组发现压力越高,肿瘤的生长速度越慢,肿瘤越小’的最终尺寸。例如,施加500的压力 帕斯卡(仅为大气压的0.5%),可使肿瘤的生长速度及其稳态体积减半。

为了确切地确定压力如何减慢生长,Joanny和同事冻结了肿瘤,将其切成薄片,并用两种抗体覆盖切片。这揭示了每个肿瘤中正在死亡和分裂的细胞的分布–两种细胞在不同的波长发出荧光。他们发现,与预期相反,对肿瘤施加压力不会明显改变细胞死亡率。取而代之的是,压力似乎只影响细胞分裂,在整个肿瘤中均会降低,尤其是在核心部位。

没有划分的空间

将这些结果与计算机模拟进行比较,研究人员得出结论,这种较慢的增长直接来自机械压力,而不是受压力变化影响的任何生化过程。该模拟将成对的细胞表示为相互排斥的粒子,当它们的间隔超过一定值时,每个粒子将分成新的一对。以恒定的颗粒去除率代表细胞死亡,增加模拟肿瘤外部的压力会导致生长减少,与实验中观察到的情况相符。

小组成员Fabien Montel发现将肿瘤置于压力下会减小该肿瘤的最终大小,因此他指出,最具侵入性,因此也是最危险的肿瘤应该是那些能够承受更高压力的肿瘤。他说,他和他的同事希望能够通过将微型生物传感器放置在患者体内的肿瘤上,并确定最危险的确实是承受较高压力的生物传感器来证明这种相关性(他补充说,这些传感器最终可以用作诊断工具衡量个体肿瘤危险性的工具)。但是他说,用当前的技术很难做到这一点,因此,一个更可实现的下一步就是从已经从患者身上切除的肿瘤中取出碎片,并将其暴露在实验室压力测试中,因此尽管在理想的条件下进行了演示,那压力–侵袭性相关性是真实的。

“我们并不是说力学是观察肿瘤生长的唯一方法,因为我们知道涉及许多生物化学,” says Montel. “But maybe we don’为了了解细胞的生长,不必知道细胞内部发生的所有细节。”

该研究描述于 物理莱特牧师 107 188102.

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