新3D成像:胰腺癌是如何开始的

【字体: 时间:2019年02月02日 来源:生物通

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  一项研究三维组织样本的新技术揭示了胰腺癌会以两种不同的方式开始和生长,从而解开了横亘科学界长达几十年之久的肿瘤形成谜团。

  

这一新方法可以帮助研究人员从组织活检中获得更多信息,并可能改善胰腺癌的治疗方法。这项技术是由弗朗西斯•克里克研究所的科学家开发的,他们的研究结果发表在Nature杂志上。这项工作获得了欧洲研究理事会和英国癌症研究所、医学研究理事会和Wellcome的核心基金支持。

胰腺是一个重要的器官,位于我们的胃后方,在消化中起着关键作用。它依靠一个连接其他消化器官的导管网络,最常见的胰腺癌是在导管中发现的。然而,到目前为止,仅能看到这些导管癌的二维切片,其中包含各种无法解释的异常形状。

“为了研究胰腺癌的起源,我们花了六年时间开发了一种新方法来分析胰腺癌的三维活检。”该文章的共同第一作者,来自弗朗西斯•克里克研究所的Hendrik Messal博士说,“这项技术揭示了癌细胞在导管壁中生长,并根据导管的大小向内或向外生长。这就解释了几十年来我们在二维切片中看到的神秘形状差异。”

通过对三维发展中的癌症进行分析,研究小组定义了两种不同类型的癌症形成,起源于导管细胞:“内生的”肿瘤生长在导管中,“外生的”肿瘤生长在导管外。为了找出是什么使癌细胞以特定的方式生长,他们分析了详细的3D图像,并与克里克研究所的生物物理学家合作,后者为此创造了精细的计算机模型。

“我们对导管进行了模拟,描述了单个细胞的几何结构以了解组织形状。”该文章的共同第一作者,生物物理学家Silvanus Alt博士说,“模型和实验结果都证实,当导管直径小于约20微米,约1毫米的五十分之一时,癌细胞会向外生长。”

在 Axel Behrens博士和Guillaume Salbreux博士领导下,克里克研究所两个研究小组跨学科合作。Axel的研究小组致力于干细胞和胰腺癌,而Guillaume小组则专注于利用物理学来理解生物学过程。

“我想我们在自行车棚里碰面的时候就开始讨论这个问题了,”Axel说,“令人惊讶的是,我们现在拥有了一项专利技术,可以看到癌症的三维形态,以及对肿瘤的出现有了生物物理学理解。既然我们知道胰腺癌会以这两种不同的方式发展,我们就可以开始关注某种胰腺癌是否更具侵略性或者关注它的不同扩散方式。许多年后,这可能导致诊断或治疗方案的改进。”

研究小组还将这项技术应用于其他器官,发现肺部气道和肝脏导管中的癌症也有同样的表现。这表明研究小组发现的机制并不是针对胰腺的,也适用于其他癌症。

“数据和我们的模型都表明,肿瘤生长的两种不同机制完全取决于系统固有的物理特性,”Guillaume Salbreux博士解释说,“像大多数癌症一样,导管胰腺癌从一个缺陷细胞开始分裂。我们发现,当只有少数细胞时,肿瘤很快就开始向里或向外生长,这取决于导管直径。定义这一基本过程将有助于我们更好地了解癌症是如何在身体的许多地方生长的。”

英国癌症研究专家,Andrew Biankin教授说:“这项技术突破有可能解开许多尚未解答的问题,这些问题对我们如何理解和治疗胰腺癌具有重要意义。至关重要的是,我们要更好地了解这些癌症在早期的表现,以帮助开发一种治疗方法针对生存率一直很低的疾病。”

原文检索:Tissue curvature and apicobasal mechanical tension imbalance instruct cancer morphogenesis

(生物通:伍松)

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