最近，約翰霍普金斯大學的工程師發(fā)明了一種設備，可讓癌癥研究人員在前所未有的顯微結構水平上，來研究癌細胞轉移（metastasis）——腫瘤細胞在體內擴散的復雜方式，造成超過90%的癌癥相關死亡。該裝置通過精確闡明腫瘤細胞是如何擴散的，能夠發(fā)現(xiàn)新的方法來阻止癌癥。

來自約翰霍普金斯大學懷廷工程學院（Whiting School of Engineering）及納米生物技術研究所（INBT）的發(fā)明者，將這一新系統(tǒng)的細節(jié)和圖像，發(fā)表在最近的《Cancer Research》雜志。他們的文章報道了成功的測試實驗，當人類乳腺癌細胞鉆過重組身體組織材料，一路進入人造血管時，捕捉到了這個過程的視頻。

本文第一作者、材料科學和工程系博士研究生Andrew D. Wong說：“對于腫瘤細胞如何在體內遷移，我們還有很多不知道的地方，部分是因為，即使使用最好的成像技術，我們也還沒有精確地看到，這些單細胞是如何進入血管的。我們的新工具，使我們能夠更清晰地近距離觀察這個過程。”

Wong說，利用這個新的實驗平臺，研究人員能夠在癌細胞爬過一種三維膠原基質時，記錄單個癌細胞運動的視頻。當癌細胞脫離并嘗試遷移到身體其他部位時，這種材料類似于腫瘤周圍的人體組織。這個過程稱為入侵（invasion）。

Wong還收集了單個癌細胞探查和擠過人工血管壁（內襯有人類內皮細胞——排列于人類血管內壁的相同細胞）的視頻。通過這個過程（稱為intravasion）進入血液，癌細胞能夠“搭順風車”到達身體的其他部位，并開始形成致命的新腫瘤。

為了觀察這些重要的轉移早期階段，Wong在一個小的透明芯片上重復了這些過程，這個芯片將人工血管和周圍組織材料合并。一種營養(yǎng)豐富的溶液流過人工血管，模擬血管的性能。乳腺癌細胞，被分別插入，聚集在血管附近的組織中，被加以熒光標簽，使它們的行為能夠被發(fā)現(xiàn)，通過顯微鏡觀察系統(tǒng)進行跟蹤和記錄。

Wong的博士生導師、INBT主任、材料科學和工程學教授Peter Searson稱，他的研究生在五年前接手這一具有挑戰(zhàn)性的項目，最終產(chǎn)生了令人印象深刻的結果。

Searson是本文的通訊作者、約翰霍普金斯大學Kimmel癌癥中心成員，他指出：“Andrew能夠構建一種功能性的人工血管和微環(huán)境，使我們能夠捕捉到轉移過程中的細節(jié)。在過去，我們幾乎不可能在這種清晰度水平上，看到這一過程所涉及到的步驟。我們已經(jīng)取得了重大的飛躍。”

這種改進的觀察方式，應該能讓癌癥研究人員更清晰地看到，當細胞離開腫瘤、移動通過周圍組織和靠近血管時，所發(fā)生的復雜物理和生化相互作用。例如，新的實驗室設備能夠讓發(fā)明者看到癌細胞的詳細圖像，當它在血管壁上發(fā)現(xiàn)一個弱點時，對其施加壓力，擠過足夠遠，因此經(jīng)過的電流的力量將其掃進循環(huán)流體中。

Wong說：“如果不是因為癌細胞具有進入我們血液和接近遠處部位的能力，它們要離開原始腫瘤部位的話，會有一段艱難的時間。所以，實際上是癌細胞進入血液的能力，使得癌癥能夠很快擴散。”對這個過程了解更多，可以發(fā)現(xiàn)挫敗癌癥轉移的關鍵。

Wong說：“這個設備將允許我們看到轉移的主要步驟，以較快的速度檢測不同的治療策略。如果我們能找到一種方法，在癌細胞轉移階梯反應（metastatic cascade）中停止這些步驟，我們也許就能夠找到一種新的策略，來減緩甚至停止癌細胞的擴散。”

接下來，研究人員計劃使用這一設備，嘗試各種抗癌藥物，以對藥物如何發(fā)揮作用以及如何改進它們，有一個更好的了解。