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《Science》新增四大癌症物理特征

来源:中检健康 编辑:中检健康 时间:2020-11-03
马萨诸塞州总医院(MGH)和哈佛医学院(HMS)放射肿瘤学系Edwin L.Steele实验室最近在《Science》杂志发表了一篇文章,描述了癌症的四个不同的物理特征,它们既影响癌细胞,也影响肿瘤微环境,有助于肿瘤的生长和对强效抗癌药物产生抗药性。
 

图片来源:NIH

一个被广泛接受的癌症模型认为,正常的细胞会因为基因突变或环境的破坏而变得不正常。在这个模型中,被改变的细胞开始失控复制并接管正常组织,表现出八个特征,包括促进和维持肿瘤生长的能力,逃避免疫系统抑制生长的企图,刺激血液流向肿瘤,同时侵入局部组织并转移(扩散)到身体其他部位。
 

图片来源:参考文献

但是作者说,这个模型没有考虑物理过程如何影响肿瘤的进展和治疗。除了麻省理工学院的Robert Weinberg博士和洛桑瑞士联邦理工学院的Douglas Hanahan博士提出的上述八个癌症生物学特征外,新文章一作、Steele实验室的研究员Rakesh K.Jain博士和他的同事们还建议增加四个不同的物理特征来捕捉肿瘤的生物力学异常:固体应力升高;间质流体压力升高;硬度增加,材料性质改变;组织微结构改变。

在Steele实验室进行了30年的研究,发现了前两个特征并进行了临床翻译。“当增殖和迁移的细胞推动和拉伸周围组织的固体成分时,就会产生固体应力。它们足够大,可以压缩肿瘤内部和周围的血管和淋巴管,损害血液流动和氧气、药物和免疫细胞的输送,”Jain说。

间质流体压力升高是由于肿瘤内异常通透性血管将血浆渗漏到肿瘤周围组织中,以及淋巴液引流不足所致。间质液携带多种生长因子,引起水肿(肿胀),药物和生长因子的洗脱(释放),促进肿瘤侵袭局部和远处组织。

刚度增加是由细胞基质(支架)沉积和组织重塑引起的。这种刚度传统上被用作肿瘤生长的诊断标志物,最近被认为是预后的标志物。Jain解释说,刚性的增加激活了促进癌细胞增殖、侵袭和转移的信号通路。

“最后,当正常的组织结构被肿瘤生长和侵袭破坏时,微结构就会改变,”Jain说。“基质(支持)细胞、癌细胞和细胞外基质采用新的组织。这会改变单个细胞与其周围基质和细胞之间的相互作用,从而影响与侵袭和转移相关的信号通路。”

Jain和他的同事们希望通过“从癌症生物学家和肿瘤学家的角度探索癌症物理特征的生物学起源和影响”来弥合物理科学和生物科学之间的鸿沟,致力于理解和克服实验室和临床上的生理异常,为研究、诊断和治疗开发新模型和新策略的物理学家和工程师提供新观点。”

将肿瘤及其周围组织的物理特性纳入现有的生物学和遗传学模型中,可以引导癌症研究人员走上以前未知的道路,有可能导致新的药物和新的治疗策略。

“我们相信癌症研究的进展有赖于癌症生物学家、肿瘤学家、物理科学家和工程师之间的密切合作,”Jain博士说。“要全面了解癌症的物理特征,就需要对物理和生物科学有一个严谨而广泛的视角。”

参考文献:
Hadi T. Nia et al, Physical traits of cancer, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aaz0868

(生物通:伍松)
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