基于微流控模型初探細(xì)胞外基質(zhì)粘彈性對HepG2癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移過程的影響.pdf

1、癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移是一個復(fù)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(xì)胞轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)上也是癌細(xì)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(xué)和生物物理學(xué)因素的影響。
　　 基質(zhì)力學(xué)作為一個重要的微環(huán)境因素而備受關(guān)注?；|(zhì)力學(xué)性質(zhì)對細(xì)胞行為的影響，目前研究較多的是基質(zhì)的“硬度”對細(xì)胞行為、結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)節(jié)。在胞外基質(zhì)力學(xué)對癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的影響方面已取得的研究結(jié)果表明，基質(zhì)的力學(xué)特性對癌細(xì)胞轉(zhuǎn)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(jié)果都顯示不僅細(xì)胞的行為、結(jié)構(gòu)和功能受到細(xì)胞外基質(zhì)硬度的調(diào)節(jié)，而且基質(zhì)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(xì)胞外基質(zhì)是一種粘彈性材料，除了通常意義上的“軟-硬”的概念外，基質(zhì)的粘性分量，即描述其與細(xì)胞相互作用的能量損耗部分，勢必也應(yīng)對癌細(xì)胞的遷移產(chǎn)生影響。另外，前期的研究中細(xì)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(jìn)行體內(nèi)研究雖更真實(shí)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(zhì)粘彈性對癌細(xì)胞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)流變儀對三種不同濃度的膠原凝膠粘彈性進(jìn)行了定量分析。結(jié)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(diào)節(jié)膠原這種天然細(xì)胞外基質(zhì)材料粘彈性的可行性。然后在Carlos P.Huang等人的研究工作基礎(chǔ)上結(jié)合膠原凝膠技術(shù)構(gòu)建了一種針對癌

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

5、對HepG2細(xì)胞的形態(tài)和活性、骨架裝配、侵襲和遷移的影響。細(xì)胞生物學(xué)研究結(jié)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(jié)果表明，我們成功構(gòu)建了一個能夠?yàn)榧?xì)胞培養(yǎng)提供模擬體內(nèi)生理或病理的微環(huán)境并且能夠?qū)崿F(xiàn)對癌細(xì)胞對其周圍微環(huán)境響應(yīng)實(shí)時監(jiān)測的微流控癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移模型。生物學(xué)的研究結(jié)果表明，膠原的粘彈性對HepG2的