基于微流控模型初探細胞外基質粘彈性對HepG2癌細胞轉移過程的影響.pdf

1、癌細胞的轉移是一個復雜、多步驟且隨時空級聯(lián)動態(tài)變化的過程，是超過90％的癌癥患者死亡的原因。癌細胞轉移實質上也是癌細胞與其周圍微環(huán)境相互作用的過程，受其周圍微環(huán)境中多種生物化學和生物物理學因素的影響。
　　 基質力學作為一個重要的微環(huán)境因素而備受關注?；|力學性質對細胞行為的影響，目前研究較多的是基質的“硬度”對細胞行為、結構和功能的調節(jié)。在胞外基質力學對癌細胞轉移的影響方面已取得的研究結果表明，基質的力學特性對癌細胞轉移過程具

2、有與生化因子同等重要的作用：近來的大量研究結果都顯示不僅細胞的行為、結構和功能受到細胞外基質硬度的調節(jié)，而且基質硬度對于大量生理功能或是病理功能的發(fā)揮都起著重要的作用。但是細胞外基質是一種粘彈性材料，除了通常意義上的“軟-硬”的概念外，基質的粘性分量，即描述其與細胞相互作用的能量損耗部分，勢必也應對癌細胞的遷移產生影響。另外，前期的研究中細胞主要培養(yǎng)在二維平面上并且采用的基底材料也多為人工合成材料。進行體內研究雖更真實但又會影響因素眾多

3、且難于控制、難于直接觀察。
　　 所以為了在接近生理病理狀態(tài)的立體微環(huán)境中時空可控的考察天然基質粘彈性對癌細胞轉移這一級聯(lián)動態(tài)的多步驟過程的影響。本研究首先用旋轉流變儀對三種不同濃度的膠原凝膠粘彈性進行了定量分析。結果表明膠原凝膠的粘彈性隨著膠原凝膠中膠原蛋白濃度的增加而增大。從而確定了通過膠原濃度調節(jié)膠原這種天然細胞外基質材料粘彈性的可行性。然后在Carlos P.Huang等人的研究工作基礎上結合膠原凝膠技術構建了一種針對癌

4、細胞轉移的微流控系統(tǒng)，即微流控癌細胞轉移研究模型，該模型能完整地實現(xiàn)以下功能：(1)實現(xiàn)腫瘤細胞的立體培養(yǎng)；(2)能在細胞外基質中形成生化因子濃度梯度分布，并且能定量分析；(3)可以調節(jié)細胞生長的細胞外基質材料的理化特性，實時定量跟蹤考察細胞與胞外基質材料相互作用過程中的動態(tài)變化。最后本研究利用構建的微流控癌細胞轉移實驗平臺，基于第一部分的研究結果，調節(jié)癌細胞生長的胞外基質的粘彈性，利用免疫熒光和實時觀測的方法考察了不同粘彈性的胞外基質

5、對HepG2細胞的形態(tài)和活性、骨架裝配、侵襲和遷移的影響。細胞生物學研究結果顯示在本研究所考察范圍的膠原凝膠中HepG2在軟的、粘性低的膠原凝膠中的活性比硬的、粘性高的膠原中的活性低；遷移和侵襲速度隨著膠原粘性和彈性的升高而降低。
　　 這些結果表明，我們成功構建了一個能夠為細胞培養(yǎng)提供模擬體內生理或病理的微環(huán)境并且能夠實現(xiàn)對癌細胞對其周圍微環(huán)境響應實時監(jiān)測的微流控癌細胞轉移模型。生物學的研究結果表明，膠原的粘彈性對HepG2的