当癌细胞和肿瘤细胞在人体内移动时，它们就会传递并受到机械力的影响。为了了解这些作用如何影响癌细胞的生长、扩散和侵袭，伦塞拉理工学院的一组工程师正在开发模拟人体内机械环境方面的新模型，为研究肿瘤如何和为什么以某种方式发展提供了新的见解。
在今天发表的研究报告中整合生物学来自Rensselaer的一组工程师开发了一种体外淋巴管模型来研究肿瘤栓子的生长，这些肿瘤细胞聚集在血管内，通常与转移增加和肿瘤复发有关。
负责这项研究的Rensselaer机械工程学助理教授克里斯汀·米尔斯(Kristen Mills)说，“肿瘤栓子的生长对某些癌症的扩散和转移非常重要。例如，炎症性乳腺癌的增长模式是，乳腺内的真皮淋巴管内有大量栓子生长，而且这种增长方式非常具有侵略性。”Kristen Mills是Rensselaer的机械工程学助理教授。“这种肿瘤栓子的生长并没有得到很好的研究。”
在实验室中，以前的肿瘤模型使用了不受约束的肿瘤细胞球体，这使得研究人员无法研究真正发生在管状血管物理边界内的机械相互作用。为了更好地模拟身体中发生的事情，米尔斯和她的团队在实验室里用凝胶中的一个小通道模拟淋巴管。他们将这些通道放置在硬的或软的生物惰性凝胶中，以模拟肿瘤栓子在僵硬的、有病的组织或软组织中可能遇到的限制。
为了结合细胞的不同生长行为，研究小组使用乳腺癌和结肠癌细胞聚集体来模拟栓子，其中一个更具攻击性，另一个较少。
研究人员发现，肿瘤环境僵硬的模型将两种类型的肿瘤栓子限制在圆柱形通道上，导致栓子沿血管迅速增长。但是，他们发现，在类似健康结肠或乳腺组织的软基质模型中，癌细胞的生长是不同的，根据它们的类型而定。
侵袭性细胞完全不受开放通道的影响，呈球状生长，向基质内膨出，而较少侵袭的细胞在进入基质前先沿通道生长几天。研究人员将生长的差异与癌细胞的产生力能力联系起来。独立测量表明，侵袭性癌细胞比侵袭性较弱的癌细胞具有更强的作用力。
米尔斯说，沿着血管或通道生长是有问题的，因为肿瘤内的细胞通过血管壁不断获得维持生命的营养。当肿瘤细胞在一个球体中生长并开始膨胀时，米尔斯说，肿块中心的细胞离营养物质越来越远，直到它们被切断并最终死亡。这些信息可能是治疗设计和处方的关键。
“我们认为这很重要，因为它暗示，如果这些血管周围的肿瘤组织因疾病而异常僵硬，或者--例如--乳腺组织已经变得更致密或变硬，你可能真的会看到血管内的生长要比柔软的组织多得多，”米尔斯说。他也是伦塞拉生物技术和跨学科研究中心(Center for BioTechnology and跨学科Studies，CBIS)的成员。
Rensselaer生物医学工程专业的研究生JonathanKulwatno是本文的第一作者。米尔斯和库尔瓦特诺与西奈山的研究人员合作。
这种研究癌症的独特的机械工程方法是CBIS正在进行的变革性工作的一个标志，在CBIS中，像Mills这样的研究人员可以与在类似领域工作的其他工程师和科学家进行跨学科的合作。
CBIS的主任Deepak Vashishth说：“米尔斯教授研究癌症的工程方法正在奠定一个关键的基础，用跨学科的方法来理解癌症的机制和最终的治疗目标。”
随着米尔斯和她的团队继续他们的研究，她说，他们寻找新的方法使这些模型更加复杂，而不失去隔离关键机械机制的能力。
