癌細(xì)胞生長過程使周圍的基質(zhì)發(fā)生位移，導(dǎo)致細(xì)胞生長出現(xiàn)機(jī)械阻力。腫瘤的生長和重塑過程是由癌細(xì)胞及其周圍基質(zhì)的材料特性來調(diào)節(jié)的，然而這兩個實(shí)體之間的機(jī)械相互依存關(guān)系還未知。

近日，來自美國杜克大學(xué)的Shyni Varghese教授團(tuán)隊(duì)通過微流控機(jī)械驅(qū)動破譯了3D環(huán)境中腫瘤球體生長的機(jī)制，研究成果以“Deciphering the Mechanics of Cancer Spheroid Growth in 3D Environments through Microfluidics Driven Mechanical Actuation”為題發(fā)表在Adv. Healthcare Mater. 期刊上。

圖1 微流控系統(tǒng)用于3D癌癥球研究示意圖

該研究中，研究人員開發(fā)了一個微流控平臺，將腫瘤球精確地置于水凝膠中，同時對生長的球狀體和周圍的基質(zhì)進(jìn)行機(jī)械檢測。通過靜水壓力使充滿球狀體的水凝膠變形，接著使用共焦成像和有限元分析，推斷出球狀體和基質(zhì)的材料特性。對于嵌入軟水凝膠中的球狀體，可以檢測到基質(zhì)的楊氏模量在不連續(xù)的位置下降，并伴隨著局部的腫瘤生長。

與此相反，嵌入硬水凝膠中的球狀體盡管有生長，但并沒有明顯降低周圍基質(zhì)的楊氏模量。堅(jiān)硬基質(zhì)中的球狀體利用其高體積模量進(jìn)行生長，并顯示出均勻的體積膨脹。



圖2 微流控裝置加載充滿細(xì)胞的GelMA水凝膠

研究人員在微流控裝置中對充滿細(xì)胞的GelMA水凝膠進(jìn)行靜水加載后，應(yīng)用靜水壓力來機(jī)械地探測裝滿球狀體的水凝膠以及3D位移場量化水凝膠圓柱體和XZ橫截面中間橫向XY平面內(nèi)的無細(xì)胞水凝膠的變形。

球狀體在暴露于靜水壓力之前和之后，XY平面顯示在流體裝置底部以上50μm處。結(jié)果可以清晰看到癌癥球被含有熒光顆粒的GelMA水凝膠包圍，表明通過微流控系統(tǒng)來研究3D環(huán)境腫瘤球體生長的可行性。



圖3 體積模量對硬水凝膠內(nèi)球狀體生長的作用研究









審核編輯：劉清