近日，据国外媒体报道，位于美国奥斯汀市的德克萨斯大学分校化学工程系的研究人员首次发现细胞机械性能的变化可能是肿瘤发生的原因。这个发现对研究人员预判、治疗以及阻止肿瘤细胞的进一步扩散提供了一个新方法。来自科克雷尔工程学院、波士顿大学生物医学工程与医药的研究人员也参与了该项研究，他们共同建立了一个三维肿瘤模型，显示软化的细胞在细胞内发生改变，导致了细胞癌变现象的产生。
细胞发生物理力学性能上的改变最终使得细胞分裂失控，结果便是这些分裂失控的细胞出现较低的死亡率，导致恶性肿瘤的增长。该研究发现是目前唯一一种从物理学的角度分析肿瘤的发病原因。该论文已经发表在最近出版的《物理评论快报》上，该期刊由美国物理协会创办。
博士后研究生保劳格帕尔克对该研究评论为：到目前为止，关于癌症的研究都集中在生化角度，为了寻找解决与生化致癌相关的各种相互依存的诱发因素，我们将焦点集中在较不“显眼”的细胞机械因素方向。这是一种新的针对癌症诱发因素研究方法。然而，研究人员在区别癌变细胞与正常细胞过程中发生了怪异的相似性，比如在细胞的机械强度和粘附性方面，癌变细胞之间表现出与正常细胞迥然不同的特点。
这些特点也是研究人员区别癌变细胞与正常细胞的方法，其同样也类似于以前观察癌变细胞时的分类法。根据研究人员介绍：癌变得细胞较健康的细胞显得更加柔软，这就意味着当这些柔软的癌变细胞被较硬的正常细胞所包围时，前者就会变得更紧实，不易扩散。但是，当相邻的癌变细胞数量增加时，来自正常细胞的较硬表面“对抗力”就出现了降低，这时候癌变细胞“趁机”松弛下来，扩大自己的表面积，以便覆盖更大的区域。拉伸的细胞可以提高自身的增值能力，并降低了细胞死亡的概率。
该研究小组的研究人员通过精确的计算模型复制了在一个组织内细胞的生命周期，便于观察细胞机械性能的改变如何对细胞的行为产生影响。在实验开始前，研究人员确定在这个健康的组织内有相同机械性能以及粘附性的细胞，然后在组织中心将一些细胞软化，结果显示只要软化的细胞低于临界值，这个组织仍然会保持健康、稳定。
如果超过了这个临界值，机械性能出现变化的柔软细胞就会出现倍数式增加，远远大于正常健康的细胞。除了这一点外，肿瘤的增长是依靠自身强大的繁殖能力替换到周围健康的细胞，临床观察也显示这也是恶性肿瘤的一个特征。研究人员还分析了如何使一个细胞增加粘附性，或者保持较硬的机械性能，以及影响其他细胞的转移性能和繁殖能力。他们观察到软化细胞之间的结合能力出现了改变，该变化是控制着更多肿瘤细胞形成的一个关键因素。
研究人员认为这个探索方式为各种生化致癌或者遗传因素致癌的研究提供了一个新的物理研究方向，可以推动癌症研究的进展。博纳卡泽认为：我们对这些结果感到非常满意，因为它们将癌症发病过程的生化与物理因素结合了起来，共同指向了关于癌症研究的新方向，并为攻克癌症提供了新途径。该项研究的作者为：博士后研究生保劳格（Parag Katira）、他的指导老师科克雷尔工程学院的系主任罗杰T博纳卡泽（Roger T. Bonnecaze）以及T布罗克特哈德森（T. Brockett Hudson）教授、波士顿大学生物医学工程与医药研究人员穆罕默德•扎曼（Muhammad Zaman）。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1103/PhysRevLett.108.028103
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PMID:
How Changes in Cell Mechanical Properties Induce Cancerous Behavior
Parag Katira, Muhammad H. Zaman, and Roger T. Bonnecaze
Tumor growth and metastasis are ultimately mechanical processes involving cell migration and uncontrolled division. Using a 3D discrete model of cells, we show that increased compliance as observed for cancer cells causes them to grow at a much faster rate compared to surrounding healthy cells. We also show how changes in intercellular binding influence tumor malignancy and metastatic potential. These findings suggest that changes in the mechanical properties of cancer cells is the proximate cause of uncontrolled division and migration and various biochemical factors drive cancer progression via this mechanism.
