乳腺癌向脂肪组织的侵袭对疾病的演进和扩散有着显著的影响，这一进程不仅受制于生物化学信号，还受到癌细胞、脂肪细胞及其所在环境的力学性质的调控。
近日，一篇发表在国际杂志APL Bioengineering上题为“Computational modeling of the physical features that influence breast cancer invasion into adipose tissue”的研究报告中，来自耶鲁大学等机构的科学家们通过整合计算机模拟与实验分析，深入探索了乳腺癌细胞是如何侵入周围组织的奥秘。
传统的乳腺癌研究往往依赖于小鼠模型，通过提取肿瘤切片并在显微镜下观察，尽管这种方法能够提供宝贵的静态信息，但其局限性在于无法连续追踪癌细胞侵袭的动态变化。O'Hern教授指出，组织学切片仅能捕捉单一时点的图像，无法展现癌细胞侵袭的时空演变。
为此，研究团队创新性地开发了一套计算机模型，旨在模拟癌细胞在三维空间中随时间推移的侵袭模式。借助这一模型，科学家们能够预测在密集的乳腺组织环境中，癌细胞如何穿越特定距离，以及其移动速度。除了计算机模拟，研究人员还在实验室条件下创建了体外模型系统，使用微米级别的珠子与胶原蛋白纤维混合，旨在模仿动物体内乳腺癌的多个特征，为计算机模拟结果提供验证依据。
科学家有望利用计算机模拟技术揭示乳腺癌扩散背后的分子机制图片来源：APL Bioengineering (2024). DOI:10.1063/5.0209019
研究聚焦于源自乳腺导管上皮层的肿瘤，这类健康细胞通常紧密排列形成导管内壁，一旦发生癌变，它们会失去稳定性，开始迁移并侵入邻近的脂肪组织。癌细胞在脂肪组织中的渗透程度，直接关系到其能否进一步侵袭血管，形成难以根治的转移性肿瘤。
研究团队对癌细胞的迁移方式表现出浓厚兴趣，尤其是当它们进入脂肪组织后，极有可能引发转移，形成更具挑战性的次级肿瘤。若癌细胞能被限制在乳腺导管内部，治疗的成功率将大大提高。研究中探讨的变量，除了癌细胞本身的黏附性，还包括脂肪细胞的硬度——较硬的脂肪细胞可阻碍癌细胞的侵入，以及脂肪细胞间的间隙大小，以及细胞外基质（ECM）的排列状况，这些因素均能影响癌细胞的有效迁移。
癌细胞究竟是采取直线推进还是随机扩散？它们是否能够快速移动到足以使脂肪细胞变形？解答这些问题，将有助于揭示癌细胞在高密度脂肪组织中移动的物理机制。在缺乏能够实时观测乳腺癌侵袭过程的技术手段时，结合计算机模拟与体外实验的方法成为了最佳选择。
最终，研究团队证实，癌细胞的活跃度与黏性、脂肪细胞的硬度以及ECM的约束力，共同决定了癌细胞是否能够成功侵入脂肪组织，以及侵入后的表现形式。
参考文献：
Yitong Zheng，Dong Wang，Garrett Beeghly, et al. Computational modeling of the physical features that influence breast cancer invasion into adipose tissue, APL Bioengineering (2024). DOI:10.1063/5.0209019
（转自：生物谷）
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