计算机模拟+创新的体外实验模型！APL Bioeng：耶鲁大学科研团队运用先进模拟技术，揭秘乳腺癌细胞侵袭脂肪组织之谜

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。（生物谷Bioon.com）

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