基于阻抗定量分析的乳腺癌细胞迁移与转移潜能表征新策略

为解决传统划痕实验依赖成像、通量低的问题，研究人员利用阻抗生物传感系统（Maestro Z）开展乳腺癌细胞迁移与转移潜能定量研究，发现三阴性乳腺癌细胞（HCC1806、MDA-MB-231）较管腔型MCF7细胞具有更高迁移性和更低屏障完整性，并证实瘦素（leptin）浓度影响细胞增殖与屏障功能。该技术为无标记、实时监测细胞行为提供了高效平台，对乳腺癌转移早期诊断具有重要价值。

　　

乳腺癌是全球女性癌症死亡的第二大原因，早期发现可使生存率高达99%，但一旦发生转移，生存率骤降至27%。转移性乳腺癌的检测手段有限，通常在原发癌诊断时未能识别转移灶，直至癌细胞扩散至身体其他部位（如脑、肺、骨和肝）才被发现，导致治疗延迟和病情恶化。因此，早期识别和确定转移性癌症对全球治疗策略具有重大意义。

目前，研究主要通过基因组学、蛋白质组学和代谢组学分析来识别乳腺癌转移的生物标志物，但这些方法依赖多种分析技术（如核磁共振和质谱），且临床数据关联处理耗时较长。乳腺癌转移的关键影响因素包括受体亚型、环境和运动性，因此需要一种能够评估这些因素、更早、更可靠、更高效地识别转移细胞的方法。

传统划痕实验是测试二维（2D）单层培养中细胞迁移最常用的方法，通过图像分析确定伤口闭合速率作为癌症细胞迁移/转移潜能的指标。但这种方法依赖周期性成像或视频记录，数据处理耗时且通量有限。为克服这些限制，阻抗技术如 Electric Cell-substrate Impedance Sensing（ECIS）提供了一种无标记、非侵入性的实时监测细胞迁移和行为的方法。

在此背景下，Higgins和Gomillion在《Journal of Biological Engineering》发表了题为“Quantitative impedance-based characterization of breast cancer cell migration and metastatic potential”的研究，利用 Axion Biosystems 的 Maestro Z 活细胞分析系统，建立了改良的伤口愈合实验技术，可连续测量伤口覆盖和2D癌症迁移，同时还能测量细胞增殖和上皮屏障完整性等多种细胞特性。

研究采用的主要关键技术方法包括：使用 Maestro Z 系统进行实时阻抗监测，通过高频（41.5 kHz）和低频（1 kHz）测量分别评估细胞覆盖和屏障完整性；采用改良划痕实验定量伤口闭合；通过 Transwell 迁移实验和传统划痕实验验证阻抗数据；利用 DepMap 数据库分析上皮间质转化（EMT）相关基因表达；并通过酶联免疫吸附试验（ELISA）检测瘦素受体（Ob-R）蛋白水平。细胞系包括 MCF7（管腔型）、HCC1806 和 MDA-MB-231（三阴性），均来源于 ATCC。

Determination of quantitative impedance assay feasibility

通过高频阻抗监测细胞铺展和增殖，发现三阴性细胞（HCC1806、MDA-MB-231）在培养初期阻抗平台期明显，与细胞形态伸长相关；MCF7 细胞因上皮样形态而阻抗最高（49.5 Ω），屏障完整性也最强。基因表达热图显示 MCF7 保留上皮特征，MDA-MB-231 为间质表型，HCC1806 介于两者之间，与功能差异一致。

Confirmation of quantitative wound healing assay protocol

伤口闭合实验显示，三阴性细胞在36小时内迁移闭合伤口，阻抗恢复至划痕前水平；MCF7 细胞迁移极少，阻抗无变化。Transwell 和传统划痕实验进一步验证了阻抗数据的可靠性，证实 MDA-MB-231 迁移最快，MCF7 几乎不迁移。

Application of impedance assay protocols to evaluate cell behavior

瘦素处理表明，MCF7 细胞因高瘦素受体（Ob-R）表达而对瘦素响应最强，屏障完整性受浓度影响显著；但瘦素对迁移无显著影响，可能与浓度选择或肿瘤微环境中免疫细胞互作缺失有关。所有组别的变异系数低于0.25，证明 assay 对细胞行为细微变化高度敏感。

研究结论强调，阻抗 assay 系统可在一个实验中定量评估细胞铺展、增殖、屏障完整性和迁移，为小细胞群体（如临床活检样本）提供了高效、全面的表征工具。瘦素虽影响增殖和屏障功能，但未显著改变迁移，提示其体内作用可能涉及更复杂的微环境互动。该技术有望推动乳腺癌转移的早期诊断和个性化治疗策略发展。