《Biology》：Understanding and Mimicking Glioblastoma Cells Migration Strategies Through Hydrogel-Based 3D Models
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胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是成人中最具侵袭性的原发性脑肿瘤之一，其临床特征包括快速生长、向周围脑实质的弥散性浸润以及对常规治疗的抵抗，导致患者预后不良。GBM的弥散浸润行为构成主要治疗难题：肿瘤细胞可播散至影像可见边界之外，逃避完全手术
胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是成人中最具侵袭性的原发性脑肿瘤之一，其临床特征包括快速生长、向周围脑实质的弥散性浸润以及对常规治疗的抵抗，导致患者预后不良。GBM的弥散浸润行为构成主要治疗难题：肿瘤细胞可播散至影像可见边界之外，逃避完全手术切除并驱动复发。GBM细胞迁移是一种异质性过程，可经不同策略实现，包括单细胞与集体迁移模式，以及被称为“oncostreams”的多细胞有序结构形成。阐释上述迁移模式的机制有助于识别限制局部播散与疾病进展的新靶点。在此背景下，多种体外模型被建立以研究这些过程；其中，基于水凝胶的支架因可重现脑细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）的部分生化与生物物理属性而成为有前景的平台，使研究人员能够探究ECM相关 cues 如何影响GBM细胞迁移与入侵。本综述讨论GBM细胞迁移与组织浸润的主要细胞策略，并批判性评估用于研究这些过程的基于水凝胶的体外模型，强调其设计原则、生物学相关性及当前局限。
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Introduction
GBM被定义为IDH野生型弥漫性星形细胞胶质瘤，CNS WHO 4级，以瘤内异质性、快速增殖、坏死、微血管增生、强浸润性及治疗抵抗为特点。其治疗核心挑战在于肿瘤细胞超越放射学边界浸润脑实质，导致无法彻底切除与复发。迁移（migration）泛指细胞对化学或机械信号的位移，入侵（invasion）则强调穿越组织与ECM屏障，可依赖或不依赖蛋白酶解与基质重塑。GBM不采用单一固定迁移程序，而是依据微环境生化与物理属性发生可塑性转换；因此实验平台需能重现肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）并保留细胞与ECM组分的交互。水凝胶三维（Three-Dimensional, 3D）支架因组成、架构与力学可调，较传统二维培养更具生理相关性。
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From Single-Cell Migration to Self-Organized Multicellular Structures
2.1 Single Cell Migration Pattern
历史研究多将GBM浸润解释为单细胞迁移。典型过程由趋化因子、生长因子启动极化，前端肌动蛋白聚合与后端肌球蛋白收缩产生力学，并经整合素（integrin）类跨膜黏附受体传递至ECM。脑ECM区别于其他组织：低刚度、缺乏纤维状胶原/纤连蛋白/层粘连蛋白，而以透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）与糖胺聚糖（Glycosaminoglycans, GAGs）为主；故GBM偏好沿白质束、血管与软脑膜等高刚度解剖结构迁移，同时肿瘤进展中分泌纤连蛋白、层粘连蛋白与胶原亚型以提升局部刚度。
单细胞模式含间充质样表型：虽非上皮起源，GBM可获得 elongated 形态、强化细胞-ECM黏附、蛋白酶活性与迁移能力，受缺氧、炎症、免疫互作及NF-κB、TWIST1、ZEB2、WNT/β-catenin、STAT3、C/EBP-β/δ、YAP/TAZ等通路调控。环境变化可诱导向变形虫样（amoeboid）表型转换（Mesenchymal-to-Amoeboid Transition, MAT），依赖Rho/ROCK-Myosin II，而抑制RAC1促MAT，抑制ROCK取消该表型。软HA富集基质促amoeboid迁移，硬胶原基质促间充质迁移；MMP抑制剂或CCN1抑制可触发表型转换，构成治疗抵抗来源。
2.2 Collective Migration Pattern
肿瘤细胞可作群体迁移，保留细胞间黏附与极性的整合多细胞系统。部分EMT（partial EMT）支持该模式。紧密连接（Tight Junction, TJ）与黏着带（Adherens Junction, AJ）蛋白维持集群完整；GBM集群富集N-cadherin、β-catenin、p120-catenin。存在领导者-跟随者（leader-follower）层级：leader细胞位于侵袭前端，负责基质降解与路径生成，靠N-cadherin介导力学耦合驱动；follower细胞维持凝聚与增殖。非经典NF-κB通路通过NIK强化该层级并诱导MMP与integrin表达。YAP/TAZ依赖的N-cadherin动态循环参与极性建立。并非所有集体迁移都具leader-follower结构，部分癌种可见无黏附突起的amoeboid集体迁移，但GBM中尚待验证。
2.3 Oncostream-Based Migration Pattern
oncostreams为GBM中自发组装的有序纺锤形细胞束，长100–500 μm、宽50–200 μm，呈现向列相液晶（nematic liquid crystal）特征：细胞如棒状单元沿公共轴对齐。形态与细胞密度是自发组织关键——高密度促向列态，spindle形细胞借N-cadherin避免碰撞并对齐，圆细胞则分散。被动低迁移细胞可破坏有序性，诱发拓扑缺陷，使streams向flocks演化。
oncostreams非纯肿瘤结构，可纳入肿瘤相关小胶质/巨噬细胞（TAMs），经Plexin-B2互作稳定方向性迁移。ECM层面，其分子特征富集COL1A1、ADAMTS2、MMP9，其中COL1A1为核心枢纽：GBM分泌胶原I提供机械支架，促细胞对齐；靶向α2β1 integrin、肌动蛋白聚合或Myosin II，或扰动Ca2+信号与Rho GTPase平衡，均可瓦解oncostream。该模式超越普通集体迁移，但是否为稳定生物学集体或高密度物理自组织仍存疑。
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3D In Vitro Models Recapitulating GBM Cell Invasion Properties
GBM入侵受解剖低阻路径与TME生化cue共同调控，需3D模型还原黏度弹性、应力松弛、孔隙约束与动态重塑。Matrigel源于小鼠肉瘤基底膜，成分不明、批次差、富胶原/层粘连蛋白，不能忠实模拟脑HA-rich ECM。
3.1 Collagen-Based Hydrogels
胶原I为GBM沉积的结构蛋白，可化学/酶交联增强稳定，但过度交联增黏并抗胶原酶，反而降低迁移速度；非交联胶原中GBM高表达MMP-2、MMP-9、tPA、uPA并加速入侵。明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）可在1–10 kPa调刚度为GBM组织匹配区间，支持内皮-成纤维共培养以重建血管周生态，并可研究患者来源细胞对微胶质形态与入侵/增殖的双向调节。
3.2 HA-Based Hydrogels
HA水凝胶成分可控，能调刚度、降解与配体呈现。高分子量（HMW）HA纠缠提供应力松弛，接近脑组织的黏弹行为；高应力松弛促leader-follower式快速入侵。CD44为HA受体兼机械传感分子：经ezrin连接皮层肌动蛋白，符合“motor-clutch”与“picket-fence”模型——前者传递牵引力，后者划分膜微区以调控受体簇集与极化。抑制ezrin在极软基质中可能倒逼间充质向amoeboid转换。HA模型还揭示NMDAR谷氨酸信号、TGF-β/RGD-integrin依赖的GSC入侵，以及CFL1敲除特异于HA基质中促丝状伪足生成的表型，显示基质成分决定可观测机制。
3.3 Collagen–HA-Based Hydrogels
复合水凝胶结合胶原纤维架构与HA黏弹。肿瘤源胶原VI可渐进僵化HA基质，经integrin-β-catenin-ZEB1轴促入侵，且在贝伐珠单抗耐药模型中增强。HA-GelMA平台可共培养星形细胞、小胶质与GSC，施加间隙液流压力以量化侵袭；矩阵结合HA常抑迁移但削弱厄洛替尼疗效，说明可溶/结合HA与分子量动态影响治疗响应。复合体系需同时考量刚度、应力松弛、配体密度与降解性，不可仅以弹性模量推断行为。
3.4 Limitations and Future Development of Hydrogel-Based Glioma Invasion Models
现有水凝胶各还原部分ECM特征：Matrigel异源、胶原架构偏离脑质、HA常依赖低分子量与静态交联，难覆原生黏弹与动态重塑；复合凝胶多参数耦合致因果混淆。机械表征应分离弹性刚度与应力松弛动力学。细胞来源（系源、患者来源、GSC）带来表型偏差。未来应独立调参、引入HMW HA与动态交联、融合微流控与血管化及多细胞患者来源系统，并以定量活细胞成像与标准化表征提升可比性与机制外推性。
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Conclusions
GBM浸润非单一程序，而是单细胞、集体与oncostreams多级可塑过程。oncostreams通过COL1A1沉积与蛋白酶重塑建刚性对齐轨道，但是否为生物学驱动集体或物理自组织仍未定论。2D模型不足，水凝胶3D平台以可控生化/生物物理属性逼近脑ECM，尤其中性黏弹与HA-胶原复合体系，可用来解析迁移策略涌现条件。此类模型当前价值主要在机制发现与临床前评价，而非直接替代体内复杂性；更仿生系统有望推进靶点识别与患者分层，但临床转化增益尚待证明。
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