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癌细胞集体和个体迁移后的上皮 - 间质转化

作者:admin 来源:Nature Materials 发布时间: 2014-08-19 22:06  浏览次数:
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 美国麻省总医院和哈佛大学医学院的研究人员开发一种新型的微型设备,将之作为细胞的障碍场地,揭示上皮-间充质细胞转化(EMT)在肿瘤细胞侵袭过程中的作用。相关文章发表于2014年8与17日的《Nature Materials》杂志上。

Nat Met:癌细胞集体和个体迁移后的上皮 - 间质转化

在上皮-间充质细胞转化(EMT)过程中,组织中彼此粘附的上皮细胞,会转变成为可以具有较强迁移能力的间充质细胞。在胚胎发育中EMT是一个有益的过程,细胞通过EMT在胚胎中移动并建立特化的组织。不过近年来人们发现,EMT也在癌转移中起到了关键性的作用,但是还没有工具可以直接观察这个过程。

为此,研究人员设计了一个微小的设备,包括一个半毫米见方的平板,其上覆盖着微小的柱体阵列。这些柱体直径大约10微米,相互间隔约10微米,留下了足够的空间给细胞通过。他们利用显微镜和延时摄影技术,跟踪癌细胞跨越平板的整个过程。

“这个设备相当于细胞的障碍赛场地,”Brown大学的助理教授Ian Y. Wong说,他完成这项研究时还是麻省总医院的一名博士后。“其中的柱体大小和间隔高度可控,因此我们可以进行统计学分析,并对细胞的移动方式进行分类。”

研究人员选取了良性肿瘤细胞(上皮性),然后添加化合物诱导这些细胞发生EMT转变,并将它们放入障碍赛场地。

研究显示,大约84%的细胞聚集在一起缓慢前进,另外16%的细胞遥遥领先,快速通过平板。令研究人员感到惊讶的是,他们发现聚集成群的一些细胞重新开始表达上皮性蛋白,有倒退回上皮细胞的倾向。

这项研究显示,癌细胞主要有两种移动模式:大部分细胞团结在一起共同缓慢前进,少数细胞担任先锋冲在最前面。人们或许可以在此基础上开发药物,通过逆转EMT减弱癌细胞的侵袭性。

研究人员还指出,这项研究中的微型场地可以为癌症研究和药物试验提供帮助。“这一技术可以广泛用于临床前研究,在不同的癌细胞系和患者样本中,对抗迁移药物进行测试,”Wong说。

原文摘要:

Collective and individual migration following the epithelial–mesenchymal transition

Ian Y. Wong, Sarah Javaid, Elisabeth A. Wong, Sinem Perk, Daniel A. Haber, Mehmet Toner& Daniel Irimia

During cancer progression, malignant cells in the tumour invade surrounding tissues. This transformation of adherent cells to a motile phenotype has been associated with the epithelial–mesenchymal transition (EMT). Here, we show that EMT-activated cells migrate through micropillar arrays as a collectively advancing front that scatters individual cells. Individual cells with few neighbours dispersed with fast, straight trajectories, wheras cells that encountered many neighbours migrated collectively with epithelial biomarkers. We modelled these emergent dynamics using a physical analogy to phase transitions during binary-mixture solidification, and validated it using drug perturbations, which revealed that individually migrating cells exhibit diminished chemosensitivity. Our measurements also indicate a degree of phenotypic plasticity as cells interconvert between individual and collective migration. The study of multicellular behaviours with single-cell resolution should enable further quantitative insights into heterogeneous tumour invasion.

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