癌细胞要想转移，必须首先突破肿瘤自身的防御系统。大多数肿瘤都包裹着一层保护性的“基底”膜——一层薄薄的柔韧膜，在癌细胞生长和分裂时将其固定在原位。在扩散到身体其他部位之前，细胞必须先突破基膜，而基膜本身的特性一直是科学家们难以确定的。
现在，麻省理工学院的工程师们已经对乳腺癌肿瘤的基底膜进行了探测，发现表面脆弱的基底膜像塑料薄膜一样坚韧，但令人惊讶的是，它像派对气球一样有弹性，可以膨胀到原来大小的两倍。
但是，虽然气球在经过一些初始努力后变得更容易充气，但研究小组发现，基底膜在膨胀时变得更硬。
这种硬而有弹性的性质可能有助于基底膜控制肿瘤的生长。膜在扩张时似乎变硬的事实表明，它们可能抑制肿瘤的生长和扩散或转移的潜力，至少在一定程度上是这样。
本周发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的研究结果，可能为预防基底膜这一最常见的癌症相关死亡原因开辟了一条新途径。
作者包括北京师范大学第一作者李辉，加州大学圣迭戈分校的郑悦和蔡胜强，以及麻省理工学院博士后韩宇龙。
炸毁
基底膜不仅包覆癌细胞生长，也包覆健康的组织和器官。这种薄膜只有人类头发的一小部分厚度，它作为一种物理支撑，将组织和器官固定在适当的位置，帮助它们形成几何形状，同时保持它们的独立和不同。
郭的团队专门研究细胞力学，专注于癌症细胞的行为和驱动肿瘤转移的过程。研究人员一直在研究这些细胞在体内迁移时是如何与周围环境相互作用的。
为了测量薄膜的特性，科学家们使用了原子力显微镜(AFM)，用一个微小的机械探针轻轻地推动薄膜的表面。使表面变形所需的力可以让研究人员了解材料的阻力或弹性。
但是，由于基底膜非常薄，很难从下面的组织中分离出来，郭说，从AFM测量中很难知道除了下面的组织外，基底膜的阻力是多少。
相反，研究小组使用了一种简单的技术，类似于吹气球，来隔离薄膜并测量其弹性。他们首先培养了人类乳腺癌细胞，这些细胞自然分泌蛋白质，在肿瘤球体细胞群周围形成一层膜。
他们培育了几个不同大小的球体，并将玻璃微针插入每个肿瘤。他们在控制的压力下向肿瘤注射液体，导致细胞膜脱离细胞并像气球一样膨胀。
研究人员施加各种恒定压力来膨胀薄膜，直到它们达到稳定状态，或者不能再膨胀，然后关闭压力。
“这是一个非常简单的实验，可以告诉你一些事情，”郭说。“一是，当你注入压力使气球膨胀时，它会变得比原来的尺寸大得多。一旦你释放压力，它就会逐渐收缩，这是弹性材料的经典行为，类似于橡胶气球。”
弹性弹簧
当他们给每个球体充气时，研究人员观察到，虽然基底膜的充气和放气能力表明它通常像气球一样有弹性，但这种行为的更具体细节却令人惊讶地不同。
吹一个乳胶气球通常需要很大的努力和压力来启动。一旦它开始膨胀，气球突然变得更容易膨胀。
“通常情况下，一旦气球的半径增加了约38%，你不需要吹得更大——只要保持压力，气球就会急剧膨胀，”郭说。
这种现象被称为穿透不稳定性，可以在由线弹性材料制成的气球中看到，这意味着它们的固有弹性或刚度不会随着变形或膨胀而改变。
但根据他们的测量，研究人员发现基底膜反而变得更硬，或者在膨胀时更有抵抗力，这表明这种材料是非线性弹性的，能够在变形时改变其刚度。
“如果发生穿透性不稳定，肿瘤就会变成一场灾难——它会爆炸，”郭说。“在这种情况下，它不是。对我来说，这表明基底膜对生长起到了控制作用。”
研究小组计划测量细胞膜在不同癌症发展阶段的特性，以及它在健康组织和器官周围的行为。他们还在探索改变细胞膜弹性的方法，看是否让它更硬会阻止癌细胞突破。
“我们正在积极跟踪研究如何修改这些膜的机制，并将扰动应用于乳腺癌模型，看看我们是否可以延缓它们的侵袭或转移，”郭说。“这与制作一个更硬的气球类似，我们计划尝试一下。”
