华中科技大学刘熙秋团队阐述体外人工ECM的生物物理性质介导肿瘤细胞的可塑性

在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞会经历表型和分子变化，统称为细胞可塑性，这种变化通常受肿瘤微环境（TME）的调控。由于肿瘤具有复杂的异质结构，了解肿瘤的进展不仅需要研究肿瘤本身，还需要研究肿瘤细胞与其细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）之间的相互作用。ECM是一种由蛋白和多糖组成的纤维网络，具备介导肿瘤发展过程中各种细胞行为的生物物理性质，临床证据也支持ECM在多种肿瘤类型（如卵巢癌、肺癌、乳腺癌和结直肠癌）的风险和预后中发挥作用。虽然动物模型是肿瘤研究中的常用模型，但很难剖析单个ECM的生物物理性质对肿瘤发展的具体作用。

近日日，华中科技大学刘熙秋团队在 Materials Today Bio 期刊发表了题为：Biophysical cues of in vitro biomaterials-based artificial extracellular matrix guide cancer cell plasticity 的综述论文。

该论文介绍了用于制造体外人工细胞外基质（ECM）的不同来源生物材料如何通过其生物物理性质模拟肿瘤微环境（TME）的关键特征。总结了不同的生物物理性质如何介导癌细胞的可塑性行为，包括细胞形态、上皮-间质转化（EMT）、干细胞富集、增殖、迁移/侵袭和耐药性。

该论文讨论了将体外人工ECM用于肿瘤基础研究和精确医学应用的可行性，并为设计合适的生物材料支架提供了指导性原则。

图1：体外人工ECM的生物物理性质介导的癌症可塑性细胞行为

各种生物材料（包括天然材料、合成材料和复合材料）已成功应用于制造研究肿瘤细胞行为的人工ECM。这些支架显示出巨大的潜力，可以在结构和力学上重现原生ECM的关键生物物理特征，并介导肿瘤细胞朝着可预测的结果发展（例如EMT、侵袭和耐药性）。

未来设计合适的生物材料支架可遵循一些共性原则：

1、3D结构显示出促进细胞簇或球囊形成的优势。

2、纤维结构有利于肿瘤细胞的迁移/侵袭，因其可模拟许多原生ECM的真实环境。

3、模拟不同进展阶段肿瘤组织的力学性质变化（如基质硬度）很重要。

4、可通过添加ECM成分来增强合成生物材料的功能。

最后，论文作者设想了利用工程化生物材料构建体外人工ECM将在肿瘤建模中发挥重要作用，并可能在未来十年推动精准医学的发展以治愈更多癌症患者。