约翰霍普金斯大学的工程师们发明了一种实验室设备，可以让癌症研究人员前所未有地从显微镜下观察肿瘤转移，肿瘤细胞在体内扩散的复杂方式，导致90%以上的癌症相关死亡。通过精确地揭示肿瘤细胞是如何移动的，该设备可以发现控制癌症的新方法。
来自该大学怀廷工程学院及其纳米生物技术研究所(INBT)的发明者最近在该杂志上发表了他们新系统的细节和图像。他们的文章报道了一项成功的测试，该测试捕获了人类乳腺癌细胞在重建的身体组织材料中钻洞并进入人造血管的视频。
“关于肿瘤细胞是如何在体内迁移的，我们还有很多不知道的地方，部分原因是，即使使用我们最好的成像技术，我们也无法精确地看到这些单个细胞是如何进入血管的，”材料科学与工程系博士生、该期刊文章的第一作者安德鲁·d·王(Andrew D. Wong)说。“我们的新工具让我们更清晰、更近距离地观察这个过程。”
Wong说，有了这个新颖的实验室平台，研究人员能够记录单个癌细胞在三维胶原基质中爬行时的运动视频。这种材料类似于癌细胞脱离并试图转移到身体其他部位时围绕肿瘤的人体组织。这个过程被称为入侵。
Wong还收集了单个癌细胞穿过人造血管壁的视频，人造血管内壁内衬有人类内皮细胞，与人类血管内壁相同。通过这个被称为“侵入”的过程进入血液，癌细胞可以搭便车到身体的其他部位，并开始形成致命的新肿瘤。
为了观察这些重要的早期转移阶段，Wong在一个小的透明芯片中复制了这些过程，该芯片包含了人造血管和周围的组织材料。一种营养丰富的溶液流经人造血管，模拟血液的特性。将乳腺癌细胞单独或成群地插入血管附近的组织中，用荧光标记，使其行为能够通过显微镜观察系统被观察、跟踪和记录。
Wong的博士导师Peter Searson (Joseph R. and Lynn C. Reynolds材料科学与工程教授兼INBT主任)说，他的研究生在近五年前开始了这个具有挑战性的项目，并最终取得了令人印象深刻的成果。
“安德鲁能够建立一个功能性的人造血管和一个微环境，让我们能够捕捉到转移过程的细节，”Searson说，他是这篇文章的通讯作者，也是约翰霍普金斯金梅尔癌症中心的成员。“在过去，几乎不可能如此清晰地看到这个过程中所涉及的步骤。我们已经迈出了重要的一步。”
这一改进后的观点将使癌症研究人员更清楚地了解细胞离开肿瘤、穿过周围组织并接近血管时发生的复杂的物理和生化相互作用。例如，新的实验室设备使发明者能够看到癌细胞在血管壁上找到弱点时的详细图像，对其施加压力并挤压到足够远的地方，以便通过电流的力量将其扫入循环流体中。
“如果癌细胞没有能力进入我们的血液并进入远处的肿瘤部位，它们将很难离开原来的肿瘤部位，”Wong说。“所以实际上是癌细胞进入血液，让癌症迅速扩散。”
了解更多关于这一过程的信息可能会发现阻止转移的关键。
Wong说:“这种设备使我们能够观察转移的主要步骤，并以相对较快的速度测试不同的治疗策略。”“如果我们能找到一种方法来阻止转移级联中的其中一个步骤，我们可能就能找到一种减缓甚至阻止癌症扩散的新策略。”
接下来，研究人员计划使用该设备尝试各种抗癌药物，以更好地了解药物的效果以及如何改进。
研究转移的新实验室设备受约翰霍普金斯大学技术转移办公室获得的临时专利保护。
