软质PDMS基底增强卵巢癌细胞迁移差异的实时分析及其在EXT1基因功能研究中的应用

本研究针对传统刚性培养基底难以区分癌细胞行为差异的难题，创新性地采用1-2 MPa软质PDMS基底，通过实时追踪技术揭示EXT1基因沉默（shEXT1）的卵巢癌细胞（OVCAR-429）迁移速度（v=4.5±4 μm/h）和扩散系数（D=5.2±4.8 μm2 /h）较对照组（SCR）显著降低2.5倍，为癌症诊断模型提供新型生物材料筛选平台。

　　

在癌症研究领域，细胞行为分析常受限于传统培养基质的刚性特性。尽管已知材料界面特性会影响细胞黏附、增殖和迁移，但如何利用材料力学特性放大不同癌细胞的表型差异，仍是悬而未决的问题。卵巢癌作为致死率最高的妇科恶性肿瘤，其转移过程与EXT1基因介导的硫酸乙酰肝素合成密切相关，然而现有技术难以在常规培养条件下捕捉这种细微差异。

为突破这一瓶颈，研究人员设计了一项创新研究。通过制备具有精确力学参数（1-1.88 MPa）的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底，其表面粗糙度控制在20 nm级，并系统比较了EXT1基因沉默（shEXT1）与对照（SCR）卵巢癌细胞的行为差异。研究发现，在软质PDMS基底上，shEXT1细胞的迁移速度（4.5±4 μm/h）和扩散系数（5.2±4.8 μm²
/h）较SCR组（11±4.2 μm/h；11.2±5 μm²
/h）降低超过2倍，而这种差异在刚性培养板上完全消失。相关成果发表在《Micro and Nano Engineering》期刊。

关键技术方法包括：1）通过10:1至13:1比例混合PDMS预聚物与固化剂，制备不同弹性模量（1-1.88 MPa）基底；2）采用Thunder成像系统进行48小时延时摄影；3）数字图像相关算法追踪细胞轨迹；4）Western blot检测FAK和MLC2磷酸化水平；5）MTT法测定代谢活性。

3.1 软质PDMS基底的制备
通过调整聚合物比例获得1 MPa（13:1）和1.88 MPa（10:1）弹性模量的基底，接触角80°-85°，表面能约82 mJ/m²
。原子力显微镜显示所有基底粗糙度均为20 nm，排除了形貌干扰因素。

3.2 卵巢癌细胞运动性测量
在1 MPa PDMS上，SCR细胞迁移速度（11±4.2 μm/h）是shEXT1细胞（4.5±4 μm/h）的2.5倍（p=0.0018）。扩散系数差异更显著（11.2 vs 5.2 μm²
/h，p=0.01），而刚性基底无统计学差异。

3.3 细胞黏附特性
虽然所有基底上shEXT1与SCR细胞黏附数量差异<7%，但发现软质基底（1 MPa）的细胞承载量（N~290）优于硬质基底（1.88 MPa，N~234），提示材料顺应性促进细胞附着。

3.5 代谢与信号通路
MTT实验显示仅PDMS基底能区分SCR与shEXT1细胞的代谢差异。Western blot证实shEXT1细胞的FAK和MLC2磷酸化水平降低，表明其运动缺陷与粘着斑激酶（Focal Adhesion Kinase）和肌球蛋白收缩通路受损相关。

这项研究首次证明适度软化的PDMS基底可作为"生物学放大器"，通过机械-生物耦合效应将EXT1基因的分子水平差异转化为可观测的表型差异。其创新性体现在：1）建立1-2 MPa弹性模量窗口，该区间能最大化癌细胞行为差异；2）揭示材料刚度通过FAK-MLC2通路调控癌细胞运动的分子机制；3）为癌症诊断提供新型功能化生物材料平台。该技术可拓展应用于其他癌症类型的分型诊断，并为开发"力学敏感性"抗癌药物筛选模型奠定基础。