癌细胞不会“醉醺醺地”在体内游走

由于在扁平的实验室培养皿中观察到的结果，生物学家认为癌细胞以一种缓慢、漫无目的的方式在体内移动，就像一个醉酒的人不能直线走三步。这种被称为随机行走的模式，可能适用于在二维实验室容器中移动的细胞，但约翰霍普金斯大学的研究人员发现，对于在体内三维空间中移动的细胞，“醉酒”模型并不适用。

这一发现，在3月4日在线早期版报道美国国家科学院院刊这项研究很重要，因为它可以为科学家研究癌症如何在体内扩散(通常会导致糟糕的预后)提供更准确的结果。为了解决这种维度上的分歧，该研究的作者提出了一个新的数学公式，他们说这个公式更好地反映了细胞在3D环境中迁移的行为。

该研究由该大学的Theophilus H. Smoot教授Denis Wirtz指导，他在约翰·霍普金斯大学怀廷工程学院和医学院的化学和生物分子工程系、病理学和肿瘤系任职。Wirtz说，这一发现加强了目前研究细胞如何在三维空间中移动的转变。他的实验室团队进行了早期的研究，表明2D和3D环境中的细胞表现不同，这影响了癌症在体内的迁移方式。

“从原发肿瘤中分离出来的癌细胞会寻找血管和淋巴结逃逸，并转移到远处的器官，”Wirtz说。“很长一段时间以来，研究人员一直认为这些细胞通过随机行走进入这些血管。在这项研究中，我们发现事实并非如此。相反，我们看到这些细胞会遵循更直接的，几乎是直线的轨迹。这使它们更有效地到达血管，也更有效地传播癌症。”

他补充说，对于试图了解转移如何发生的研究人员来说，这一发现具有至关重要的意义。

最近被任命为该大学研究副教务长的Wirtz说:“这意味着这些癌细胞从结缔组织中清除所需的时间比以前估计的要短得多。”

研究的共同主要作者PNAS论文由化学与生物分子工程系博士后吴培勋(Pei-Hsun Wu)和博士生安吉(Anjil Giri)发表。

Wu说，研究小组知道，用于描述扁平培养皿中细胞运动的持久随机游走数学模型也被用于3D测试，在后者中产生了可疑的结果。

“这两种实验都使用了它，因为它简单方便，”吴说。“但当你在3D中工作时，它真的不太适合。我们的新数学模型在2D和3D测试中都表现得更好。”

研究人员发现，三维矩阵中的细胞在不同方向上表现出不同幅度的运动。为了解决这个问题，团队成员通过确定细胞移动的主要和次要方向，以及细胞移动的速度和持久性，增强了原始公式。在细胞研究中，持久性指的是细胞在改变方向之前在相当直线上移动的距离。

“在3D环境中移动的细胞似乎比在平面2D表面上移动的细胞更有方向性，”联合主要作者Giri说。“不可预测的‘随机游走’在3D环境中并不普遍。”

该团队用于研究细胞迁移的改进数学模型发表在他们的期刊文章中，研究人员希望其他试图理解和预防癌症转移的科学家能够迅速采用它。虽然该小组成员使用了纤维肉瘤癌细胞PNAS他们说，在研究中，新模型也可以用来帮助了解其他类型的细胞的行为，包括那些在体内移动以帮助对抗感染和加速伤口愈合的细胞。

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