癌細胞生長過程使周圍的基質發生位移，導致細胞生長出現機械阻力。腫瘤的生長和重塑過程是由癌細胞及其周圍基質的材料特性來調節的，然而這兩個實體之間的機械相互依存關系還未知。

近日，來自美國杜克大學的Shyni Varghese教授團隊通過微流控機械驅動破譯了3D環境中腫瘤球體生長的機制，研究成果以“Deciphering the Mechanics of Cancer Spheroid Growth in 3D Environments through Microfluidics Driven Mechanical Actuation”為題發表在Adv. Healthcare Mater. 期刊上。

圖1 微流控系統用于3D癌癥球研究示意圖

該研究中，研究人員開發了一個微流控平臺，將腫瘤球精確地置于水凝膠中，同時對生長的球狀體和周圍的基質進行機械檢測。通過靜水壓力使充滿球狀體的水凝膠變形，接著使用共焦成像和有限元分析，推斷出球狀體和基質的材料特性。對于嵌入軟水凝膠中的球狀體，可以檢測到基質的楊氏模量在不連續的位置下降，并伴隨著局部的腫瘤生長。

與此相反，嵌入硬水凝膠中的球狀體盡管有生長，但并沒有明顯降低周圍基質的楊氏模量。堅硬基質中的球狀體利用其高體積模量進行生長，并顯示出均勻的體積膨脹。



圖2 微流控裝置加載充滿細胞的GelMA水凝膠

研究人員在微流控裝置中對充滿細胞的GelMA水凝膠進行靜水加載后，應用靜水壓力來機械地探測裝滿球狀體的水凝膠以及3D位移場量化水凝膠圓柱體和XZ橫截面中間橫向XY平面內的無細胞水凝膠的變形。

球狀體在暴露于靜水壓力之前和之后，XY平面顯示在流體裝置底部以上50μm處。結果可以清晰看到癌癥球被含有熒光顆粒的GelMA水凝膠包圍，表明通過微流控系統來研究3D環境腫瘤球體生長的可行性。



圖3 體積模量對硬水凝膠內球狀體生長的作用研究









審核編輯：劉清