date:2022-03-24 13:24:55
在癌癥的保護(hù)下，有超過 200 種疾病具有一個(gè)共同的獨(dú)特特征：它們能夠不間斷地生長(zhǎng)。
你有沒有想過為什么老鼠小而大象大？雖然不同的動(dòng)物有相似的細(xì)胞類型，大部分大小相同，但大象的細(xì)胞比老鼠多幾百萬。例如，之所以會(huì)出現(xiàn)這種差異，是因?yàn)楫?dāng)整個(gè)器官達(dá)到預(yù)定大小時(shí)，小鼠的肝細(xì)胞就會(huì)停止分裂。在大象肝臟的情況下，與小鼠肝臟相比，停止信號(hào)到達(dá)細(xì)胞的時(shí)間較晚。它們都有一個(gè)重要的共同點(diǎn)，那就是它們會(huì)停在一個(gè)預(yù)定的大小，這與該物種的大小有關(guān)。
如果細(xì)胞失去了停止分裂的能力，會(huì)發(fā)生什么？老鼠的肝臟會(huì)長(zhǎng)到大象的肝臟那么大嗎？不是真的，但想象一下！
什么是癌癥？
當(dāng)您的細(xì)胞失去控制生長(zhǎng)的能力（可能受到許多因素的影響）時(shí)，它被稱為癌癥。然而，更準(zhǔn)確地說，科學(xué)和醫(yī)學(xué)界使用六種不同的一般特征來定義癌癥。我們將它們稱為癌癥的標(biāo)志。他們指定是否應(yīng)將（隨機(jī)）疾病歸類為癌癥。這些標(biāo)志集中在惡性細(xì)胞上，以及當(dāng)健康細(xì)胞被疾病劫持時(shí)會(huì)發(fā)生什么，也稱為微環(huán)境細(xì)胞。
癌癥研究的目的
控制生長(zhǎng)的分子機(jī)制稱為細(xì)胞接觸抑制。細(xì)胞生物學(xué)家將此過程定義為當(dāng)細(xì)胞相互接觸時(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)的停滯。事實(shí)上，大多數(shù)經(jīng)典的基礎(chǔ)癌癥研究都集中在細(xì)胞如何跳過這種接觸抑制并開始更快地生長(zhǎng)。
這項(xiàng)研究背后的目的很容易理解：如果您確定了將癌癥惡性細(xì)胞與健康組織細(xì)胞區(qū)分開來的分子機(jī)制，您將（理論上）能夠抑制它，并有望殺死惡性細(xì)胞。
癌癥研究的突破與挑戰(zhàn)
實(shí)際的化學(xué)療法和許多基于抗體的癌癥療法都是基于這種策略。致癌物質(zhì)（例如，煙草煙霧或石棉）甚至一些正常的細(xì)胞過程（例如，作為細(xì)胞能量產(chǎn)生的副產(chǎn)品的活性氧生成）可以在健康細(xì)胞中產(chǎn)生突變，從而影響參與細(xì)胞生長(zhǎng)的基因。通過比較基因組和從癌細(xì)胞到健康細(xì)胞的蛋白質(zhì)通路，研究人員已經(jīng)能夠確定調(diào)節(jié)癌癥發(fā)生和進(jìn)展的關(guān)鍵機(jī)制。事實(shí)上，今天的大多數(shù)癌癥都是可以治愈的，或者可以通過手術(shù)和可以抑制這些途徑的藥物的組合來控制。近年來，出現(xiàn)了與藥物治療相結(jié)合的新治療策略，重點(diǎn)是提高患者的“ 通過抑制癌細(xì)胞的免疫逃逸來增強(qiáng)自身的免疫系統(tǒng)。現(xiàn)在，越來越多的癌癥類型可以作為有效（個(gè)性化）治療的目標(biāo)。
不幸的是，仍有一些癌癥類型無法成功治療，這意味著仍有成千上萬的患者在與這種疾病作斗爭(zhēng)。而且，當(dāng)患者已經(jīng)通過某種方案治療治愈，但后來復(fù)發(fā)時(shí)，第一次使用的化療藥物往往不再起作用。迄今為止，尚無針對(duì)轉(zhuǎn)移的治療方法，轉(zhuǎn)移是癌癥相關(guān)死亡的主要原因。盡管幾十年來成功的癌癥研究，仍然需要進(jìn)一步的研究。基礎(chǔ)研究可以幫助確定影響細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的新機(jī)制。一旦確定，就需要轉(zhuǎn)化研究以有效地將這些新發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于尚未獲得有效治愈的患者。
癌癥發(fā)展和進(jìn)展中的細(xì)胞關(guān)鍵參與者
該蛋白質(zhì)稱為 Snail1，其機(jī)制稱為上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)。
EMT 導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去其頂端-基底極性。這種極性損失會(huì)調(diào)節(jié)它們的細(xì)胞骨架，從而導(dǎo)致它們表現(xiàn)出降低的細(xì)胞-細(xì)胞粘附特性。事實(shí)上，根據(jù)轉(zhuǎn)變的程度，上皮細(xì)胞可能單獨(dú)或集體獲得間充質(zhì)特征，這反過來又增加了它們的運(yùn)動(dòng)性和侵襲能力。
特別是在 Snail1 的情況下，這種蛋白質(zhì)在許多上皮癌細(xì)胞中的表達(dá)導(dǎo)致了完整的 EMT，然后增加了它們與其他細(xì)胞分離的能力，以及它們的運(yùn)動(dòng)性、侵襲能力和化學(xué)抗性（以及其他細(xì)胞特性）。
到目前為止，還沒有基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室能夠確定一種可以有效阻斷 Snail1 表達(dá)或體內(nèi)EMT 過程引起的細(xì)胞重編程的特定治療方法。此外，如本文后面所述，Snail1 在幾種非上皮細(xì)胞類型（如成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞）中的表達(dá)產(chǎn)生了促進(jìn)癌癥進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和對(duì)化療耐藥性的激活環(huán)。
研究癌細(xì)胞和藥物發(fā)現(xiàn)的方法
癌癥研究人員采用不同的方法來研究癌癥的發(fā)展、進(jìn)展和治療。
例如，在我們的實(shí)驗(yàn)室中，我們使用基于細(xì)胞的分析作為確定用于患者癌癥治療的新候選藥物的第一步。這些基于細(xì)胞的檢測(cè)中使用的癌細(xì)胞類型和方案多年來一直在發(fā)展。基本協(xié)議包括使用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室癌細(xì)胞系。復(fù)雜的測(cè)定使用從特定患者中分離的癌細(xì)胞，或癌癥和非癌細(xì)胞的混合物（例如，基質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞），它們都存在于腫瘤中。癌細(xì)胞可以直接在塑料培養(yǎng)皿上生長(zhǎng)，或者，如果想使用更生理的三維方法，可以在類似于患者腫瘤的特定基質(zhì)中生長(zhǎng)。在復(fù)雜的測(cè)定中，細(xì)胞培養(yǎng)基包括生長(zhǎng)因子，這些生長(zhǎng)因子也可以在體內(nèi)癌細(xì)胞的微環(huán)境中找到.
這些檢測(cè)被設(shè)計(jì)成具有成本效益、快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)和自動(dòng)化。基本上，目標(biāo)是在存在一組化合物的情況下培養(yǎng)細(xì)胞，以研究這些化合物是否有效殺死癌細(xì)胞。主要目標(biāo)是降低惡性癌細(xì)胞中的細(xì)胞存活率，降低細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性以降低轉(zhuǎn)移能力，甚至實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞完全重編程為非侵襲性狀態(tài)。
細(xì)胞類型重編程可能是一個(gè)難以檢查的過程，因?yàn)橥ǔＰ枰嘿F的測(cè)序技術(shù)。使用自動(dòng)化系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室器具（例如， ibidi Culture-Insert ）時(shí)，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)更容易測(cè)量，這使得分析更具重現(xiàn)性和更容易量化。如今，大多數(shù)旨在識(shí)別新治療藥物的基于細(xì)胞的檢測(cè)的主要目標(biāo)是破壞癌細(xì)胞。有不同的方法來測(cè)量細(xì)胞存活。結(jié)晶紫或 MTT 染色是常用于檢測(cè)幸存細(xì)胞的檢測(cè)方法，方法是在治療后用不可逆染料固定和染色。
檢查細(xì)胞活力的另一種方法是使用活細(xì)胞染色熒光染料（圖 1 和 2）。通常，這些化合物是細(xì)胞膜可滲透的，一旦它們定位于特定的細(xì)胞器（例如，線粒體、溶酶體、高爾基體、細(xì)胞核和核仁）或任何細(xì)胞膜中，它們就會(huì)發(fā)出可以通過標(biāo)準(zhǔn)熒光顯微鏡跟蹤的熒光。可以可視化的目標(biāo)細(xì)胞器列表非常龐大，并且每年都在增長(zhǎng)。
圖 1：使用體內(nèi)染色熒光染料進(jìn)行化學(xué)治療后 Hek293 細(xì)胞中細(xì)胞死亡的可視化。細(xì)胞在 µ-Plate 24 Well Black中培養(yǎng)和成像。吖啶橙用于染色活的健康細(xì)胞（綠色），而赫斯特用于染色活細(xì)胞（藍(lán)色）。碘化丙啶 (PI) 用于染色死亡或垂死的細(xì)胞。未經(jīng)處理的 Hek293 細(xì)胞 (A) 未顯示任何紅色的垂死細(xì)胞，而用化學(xué)治療劑阿霉素 (B) 或長(zhǎng)春堿 (C) 處理的 Hek293 細(xì)胞在 72 小時(shí)后細(xì)胞死亡（紅色）急劇增加。Leica TCS SP5 共聚焦顯微鏡。
有趣的是，在一些細(xì)胞器中，熒光通過增加發(fā)射強(qiáng)度或引起染料顏色發(fā)射變化來響應(yīng)它們的活性和細(xì)胞活力。這使研究人員能夠?qū)嵤┳詣?dòng)化系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)藥物效果。然而，成像系統(tǒng)需要高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室器具來確保最終圖像的最佳質(zhì)量。倒置共聚焦顯微鏡和底部透明的細(xì)胞培養(yǎng)室或板的組合是獲得最佳成像結(jié)果的最先進(jìn)的解決方案，尤其是在使用 40x 或 63x 物鏡時(shí)。ibidi多孔板聚合物蓋玻片底部是玻璃的良好替代品，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)合了出色的細(xì)胞粘附性和最佳成像特性。這些成像板是完全平坦的，并且具有光學(xué)上完美的聚合物蓋玻片底部，即使在使用高放大倍率物鏡和油鏡對(duì)細(xì)胞成像時(shí)也能產(chǎn)生出色的光學(xué)性能。此外，黑色孔間分離可在成像過程中阻止熒光串?dāng)_。因此，96 孔格式( µ-Plate 96 Well Black ) 是同時(shí)測(cè)試多種化合物或多種不同細(xì)胞類型中的相同化合物的完美選擇。
圖 2. 化療后 Hek293 細(xì)胞中線粒體的活染色，在 µ-Plate 24 孔黑色板 MitoTracker Red 中成像和培養(yǎng) CMXRos 用于染色健康線粒體（紅色），Hoechst 用于染色細(xì)胞核（藍(lán)色）。未經(jīng)處理的 Hek293 細(xì)胞 (A) 顯示大量線粒體，而用化學(xué)治療劑紫杉醇 (B) 或長(zhǎng)春堿 (C) 處理的 Hek293 細(xì)胞在 72 小時(shí)后顯示線粒體急劇減少。Leica TCS SP5 共聚焦顯微鏡。
但是，我更喜歡使用 24 孔格 (µ-Plate 24 Well Black) 對(duì)我的細(xì)胞進(jìn)行成像。它們有更大的表面用于播種和成像更高的細(xì)胞數(shù)量！這是獲得酷炫結(jié)果的簡(jiǎn)單方法。
在我們的實(shí)驗(yàn)室中，基于細(xì)胞的檢測(cè)過去、現(xiàn)在和將來都是許多轉(zhuǎn)化研究項(xiàng)目的第一步，這些項(xiàng)目涉及使用表達(dá) Snail1 的上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞。µ-Plate 96 Well Black允許我們首先對(duì)多達(dá) 30 個(gè)不同的候選分子一式三份進(jìn)行高通量細(xì)胞活力分析。接下來，我們使用µ-Plate 24 Well Black對(duì)選定的候選者進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證和成像。當(dāng)確定了降低癌細(xì)胞活力、活性或遷移的候選藥物時(shí)，需要進(jìn)一步的體外研究來描述和表征其潛在的作用機(jī)制。最后，廣泛的基于動(dòng)物的體內(nèi)和離體實(shí)驗(yàn)用于確認(rèn)候選者阻斷腫瘤生長(zhǎng)的能力。
Raúl Peña PhD
Raúl 在巴斯克鄉(xiāng)村大學(xué)（西班牙）獲得生物學(xué)學(xué)士學(xué)位和科學(xué)博士學(xué)位。在西班牙國(guó)家研究委員會(huì) (CSIC) 擔(dān)任多個(gè)職位后，他于 2007 年成為 Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques (IMIM) Antonio Garcíade Herreros 實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理。該研究小組專注于研究 Snail1、EMT 和腫瘤微環(huán)境在癌癥發(fā)展中的作用。
Raúl 自己的研究線研究如何通過使用 Snail1 激活內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)血管生成，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。最近，該小組開始關(guān)注血管腫瘤作為研究?jī)?nèi)皮腫瘤生物學(xué)的新模型。
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