工程师们发现癌细胞具有非凡的深入环境的能力

在1835年安徒生的童话《公主与豌豆》中，一位公主被认为是真实的，因为她对床上20个床垫下的一颗豌豆很敏感。位于圣路易斯的华盛顿大学麦凯维工程学院的一项新研究发现，就像传说中的公主一样，癌细胞可以感知它们正常移动的顶层胶原蛋白层下的一层细胞，而正常细胞则不能。

机械工程和材料科学副教授阿米特·帕塔克和帕塔克实验室的博士后研究助理克里斯托弗·沃尔特发现癌症细胞拥有他们所谓的“深度机械感测”，或感知眼前下方遥远环境属性的能力细胞外基质。这可能意味着远离细胞的细胞外基质的机械特性可以调节细胞迁移。他们的研究结果发表在网上细胞的报道4月5日。

帕塔克和他的团队长期以来一直在研究细胞迁移的方式，以确定如何迁移恶性肿瘤侵入组织，伤口如何愈合，器官和组织如何发育。他们之前已经表明，细胞在更硬的环境中移动得更快，这是由于比在柔软的环境中有更高的力和摩擦力。

在新的研究中，帕塔克和沃尔特制造了两种水凝胶——一种是硬的，一种是软的——并在上面添加了一层基于胶原蛋白的细胞外基质。使用各种各样的技术，包括原子力显微镜，高分辨率成像，分析细胞迁移动力学方面，他们监测了人类乳腺正常上皮细胞和三阴性乳腺癌细胞在表面上的行为。

正常细胞在形状和大小上几乎没有变化，并在胶原蛋白层上缓慢移动。在坚硬的底层凝胶上，癌细胞延长了更稳定的突出物，这有助于它们在基质层之间交流，由于它们的深度力学感应，它们迁移得更快，对胶原纤维产生了更大的拉力。

帕塔克说:“细胞能感知环境的深处，它们的极性根据细胞的指示在细胞外基质中安装极性。”“这些行为表明，癌细胞的形状受到底层凝胶硬度的影响，而正常细胞只对即时柔软的胶原蛋白凝胶有反应。这是以前不知道的。”

沃尔特说，细胞的极性也有助于产生力量，使细胞向特定的方向移动，但它们也需要拉胶原纤维的能力，并改变它们的环境，因为它更适合迁移。

沃尔特说:“我们通过切断胶原蛋白本身或交联，消除了基质给细胞的反馈，从而摆脱了它们感知远处基质的能力。”“如果你失去了其中一种机制，反馈就会停止，所以他们必须同时拥有这两种机制。”

帕塔克说，这种来自表面的反馈对细胞很重要。Jairaj Mathur是机械工程&材料科学，发展了一个计算模型将细胞极化力与胶原重塑结合起来解释实验中观察到的深层感知。

他说:“我们的模型表明，如果细胞和基质之间没有这种反馈，那么这种深度感知可能会在短时间内发生，但不会持续。”“这就是为什么癌细胞擅长这一点，因为它们可以招募基质进行迁移和深度感知。”