Käs目前正在利用一种基于激光的方法寻找肿瘤的拥堵特征,他希望今年能够得到结果。在刚刚启动的另一项研究中,Käs和Manning及其雪城大学的同事不仅试图在癌细胞中寻找非拥堵相变,同时还在包裹肿瘤的纤维基质中寻找该种相变。 Käs甚至还有更为大胆的想法:“拥堵”的概念,或许能为肿瘤治疗带来新方法,这一方法会比临床医生如今通常使用的手段更为温和。Käs说:“我相信,如果我们能够使整个肿瘤产生拥堵,肿瘤就会变为良性。如果我们找到能使癌细胞拥堵的高效方法,使癌症患者多活20年,那么这一疗法将比破坏性极强的化疗方法好很多。”不过,Käs很快澄清,他还不知道在临床上如何诱导癌细胞产生拥堵。 物理学家与生物学家的合作 除了临床应用,“拥堵”概念的支持者认为,“拥堵”还能够帮助解决癌症生物学中一个引起热议的概念性问题。几十年来,肿瘤学家怀疑癌细胞要发生迁移,首先需要经历细胞类型的转变过程——从构成实体瘤主体的、有黏连性的上皮细胞,转变为更为纤细的、运动能力更强的间充质细胞——科学家经常发现这种细胞在癌症患者血液循环系统中单独移动。然而,随着越来越多的研究结果报道出类似于Friedl观察到的以集群方式迁移的细胞,研究人员开始怀疑,独自迁移的间充质细胞,即Friedl所称为的“孤独的骑手”,或许并不是杀人百万的癌症转移的背后起源。 有人认为,“拥堵”概念可以帮助肿瘤学走出这个概念性的困境。Friedl说,拥堵与非拥堵的相变就能轻易赋予癌细胞流动性与运动性,而不需要将一种细胞转化成差异极大的另一种细胞。通过这种方式,迁移的癌细胞可以互相协调配合,这可能有利于它们在新的部位增殖,产生肿瘤。 发展这一理论的关键在于,要充分考虑介于两个极端之间的一系列中间态细胞。Manning说:“在过去,解释癌症力学行为的理论要么以固态的实体瘤为主体,要么以‘液态’的迁移癌细胞为主体,现在我们需要考虑到这样的事实:癌细胞其实大多处在两个极端状态间的过渡态。” 目前已有物理学实验暗示,存在介于上皮细胞与间充质细胞之间的过渡态细胞。值得一提的是,这些物理实验并不是受相变概念启发而设计的。最近,来自美国莱斯大学的生物物理学家Herbert Levine和他之后的同事,来自特拉维夫大学的Eshel Ben-Jacob,借用非线性动力学的概念构建了一个癌细胞迁移的模型,该模型预言在血液循环中存在同时具有上皮细胞与间充质细胞特征的细胞群。肿瘤生物学家从未见过这样的过渡态细胞的存在,但是一些科学家目前正在实验室进行相关实验寻找这样的细胞。来自约翰斯霍普金斯大学的前列腺癌专家Kenneth Pienta表示:“单靠我们肿瘤学家自己根本不可能想到这样的细胞会存在,这是理论物理学给我们带来的直接影响。” 生物学中的相变过程 细胞拥堵的模型虽然很有实际应用价值,但是并不完美。例如,Manning的模型目前仅能应用于二维空间,但肿瘤是三维的。Manning现在致力于三维细胞运动模型的构建。她说,到目前为止,三维模型似乎已经能够预测到类似于二维模型中的液-固过渡态。 此外,细胞并不像咖啡豆一样简单。肿瘤或组织中的细胞通常能够以复杂的方式,例如基因程序或其他反馈环路,来改变自身的力学性质。如果拥堵概念能够为癌症提供一个坚实的概念基础,那么它必须有能力解释这样的行为。加利福尼亚大学旧金山分校生物工程与组织再生中心的主任Valerie Weaver说:“细胞不是被动的,它们会对内外环境持续响应。” Weaver还提到,拥堵模型做出的预测与生物学家所说的“extrusion”概念非常相似,即死亡的上皮细胞被挤出拥挤的组织。最近,有研究表明,一些癌症的出现可能与这一过程出现功能障碍有关。Manning相信,细胞拥堵的概念也许能为许多与癌症相关的细胞行为提供统一的力学上的解释,包括“extrusion”。 (责任编辑:本港台直播) |