[發(fā)明專(zhuān)利]用于研究腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的細(xì)胞力學(xué)模擬系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310303405.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103409312A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳江;李靜;聶永梅;趙志偉;于蟬娟;呂鑫;李慧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 新疆醫(yī)科大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12M1/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M1/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 郭霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)化的模擬系統(tǒng)，特別涉及一種用于研究腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的細(xì)胞力學(xué)模擬系統(tǒng)。

背景技術(shù)

惡性腫瘤是細(xì)胞不僅異常快速增殖，而且可發(fā)生擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的腫瘤。臨床腫瘤病人的死亡者中絕大部分是因?yàn)槟[瘤的轉(zhuǎn)移引起的，因此我們需要研究腫瘤轉(zhuǎn)移的一般過(guò)程和規(guī)律。

現(xiàn)在，腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的模型包括兩大類(lèi)：體外模型和體內(nèi)模型。體外模型多為浸潤(rùn)或粘附模型研究，而體內(nèi)模型主要為轉(zhuǎn)移模型，包括人工轉(zhuǎn)移和自發(fā)轉(zhuǎn)移模型。目前體內(nèi)模型的宿主多為小鼠，且由于裸鼠的出現(xiàn)，在鼠體內(nèi)研究人腫瘤已經(jīng)更加方便。但是體內(nèi)模型也有明顯的局限性，一是條件控制難度大，由于在生物體內(nèi)，各種作用因素錯(cuò)綜復(fù)雜，要控制或探明某一種因素的作用十分困難；二是生物體的個(gè)體差異，不同種的生物之間、同種異體的生物之間甚至同一生物個(gè)體的不同器官和組織之間，對(duì)腫瘤的反應(yīng)都是不盡相同的，因此要準(zhǔn)確研究腫瘤的性質(zhì)，僅僅依靠有限的體內(nèi)模型是不夠的；三是觀察不方便，由于觀察對(duì)象位于生物體內(nèi)，無(wú)法直接、準(zhǔn)確地觀察到，若是可運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物模型，還需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行固定，觀察的時(shí)間、方法都很有限；四是實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，從飼養(yǎng)或購(gòu)買(mǎi)、制造模型、進(jìn)行相應(yīng)處理到觀察、獲得結(jié)果，所需的時(shí)間往往較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)效率不及體外模型。體外模型盡管不能完全模擬體內(nèi)的情況，但它卻克服了體內(nèi)模型以上的不足。并且腫瘤在轉(zhuǎn)移前后，其局部的粘附、運(yùn)動(dòng)等能力都會(huì)發(fā)生變化，研究腫瘤細(xì)胞的這些性質(zhì)對(duì)闡明腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)理十分重要，再結(jié)合目前廣泛應(yīng)用的分子生物、分子影像等技術(shù)，所以當(dāng)我們從腫瘤局部或腫瘤個(gè)體來(lái)研究腫瘤轉(zhuǎn)移時(shí)，還是常常會(huì)從體外模型入手。

腫瘤在轉(zhuǎn)移前后會(huì)在局部受到許多物理化學(xué)因素的影響。過(guò)去的研究者都著重研究各種化學(xué)因素，但近年來(lái)人們意識(shí)到，物理因素也是導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生變化的重要因素之一。在腫瘤組織中，有豐富的血管和淋巴管，腫瘤細(xì)胞在這些管道的管壁受到持續(xù)的力學(xué)因素刺激特別是低剪切應(yīng)力（小于10dyn/cm²）作用。而腫瘤最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移途徑也是血道和淋巴道轉(zhuǎn)移，因此我們有必要探明力學(xué)刺激特別是剪切應(yīng)力刺激對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的影響。

在腫瘤特別是上皮來(lái)源的腫瘤轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，其粘附能力和運(yùn)動(dòng)能力都會(huì)發(fā)生較大的變化，從類(lèi)似上皮樣的粘附能力很強(qiáng)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化為粘附能力減弱、運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)的間充質(zhì)樣的細(xì)胞，因此有人提出了腫瘤的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化學(xué)說(shuō)。上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelial-mesenchymal?transition,EMT）是指具有上皮表型的細(xì)胞通過(guò)特定的程序轉(zhuǎn)化為具有間充質(zhì)表型的細(xì)胞的生物學(xué)過(guò)程。EMT在胚胎發(fā)育、慢性炎癥、組織重建、癌癥轉(zhuǎn)移和多種纖維化疾病中都發(fā)揮了重要作用，其主要特征有細(xì)胞黏附分子如E-cadherin表達(dá)減少、細(xì)胞骨架轉(zhuǎn)化為以波形蛋白Vimentin為主及形態(tài)和功能上具有間充質(zhì)細(xì)胞的特征等。通過(guò)EMT，上皮細(xì)胞失去了細(xì)胞極性、失去與基底膜連接，獲得較高的遷移、抗凋亡等間充質(zhì)細(xì)胞表型。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為EMT是上皮細(xì)胞來(lái)源的惡性腫瘤細(xì)胞獲得遷移和侵襲能力的重要生物學(xué)過(guò)程。闡明調(diào)控惡性腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT過(guò)程的分子機(jī)制，明確其在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移中的意義，并探索基于EMT關(guān)鍵分子的診斷方法及靶向EMT關(guān)鍵分子的治療手段是腫瘤轉(zhuǎn)移中EMT機(jī)制研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

結(jié)合上述力學(xué)因素，研究者期望探明剪切應(yīng)力與EMT的關(guān)系，以進(jìn)一步明確腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制。為此，需要一個(gè)為腫瘤細(xì)胞加載剪切應(yīng)力的體外模型，這個(gè)模型不僅能夠進(jìn)行體外恒定且可調(diào)的剪切應(yīng)力加載，還要有足夠的空間能觀察到細(xì)胞的遷移與粘附。

微管和流動(dòng)腔（流室）是當(dāng)前生物流變學(xué)領(lǐng)域中最常見(jiàn)的兩種體外研究方法。微管適用于單個(gè)細(xì)胞的定量研究，而流動(dòng)腔則適用于研究一群細(xì)胞對(duì)流場(chǎng)的反應(yīng)，且與微管相比，操作簡(jiǎn)便快速，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。它既能保證細(xì)胞受到不同水平的恒流剪切應(yīng)力作用，又能讓細(xì)胞在受到剪切應(yīng)力作用的同時(shí)保持粘附，以便適時(shí)觀察記錄，因此目前流動(dòng)腔已經(jīng)成為人們研究細(xì)胞在剪切應(yīng)力作用下形態(tài)功能特征的重要手段之一。

流動(dòng)腔是一種常用的在體外對(duì)細(xì)胞進(jìn)行流體剪切應(yīng)力加載的裝置，該裝置可以模擬細(xì)胞在體內(nèi)流體環(huán)境（如血液、淋巴液、組織液等）中所受的力學(xué)因素，特別是流體剪切應(yīng)力。將該裝置置于以恒流泵為動(dòng)力的閉合回路中，恒流泵使液體以一定的流量通過(guò)裝置。液體在流過(guò)裝置的過(guò)程中，會(huì)對(duì)流動(dòng)腔的腔壁施加一定的切應(yīng)力。我們將細(xì)胞種植于流動(dòng)腔的腔壁上，就可以以液體對(duì)腔壁的切應(yīng)力來(lái)模擬體內(nèi)細(xì)胞所受到的切應(yīng)力，從而為我們體外模擬細(xì)胞力學(xué)環(huán)境創(chuàng)造了條件。