华南理工边黎明教授团队《Sci.Adv.》：基于水凝胶的三维培养系统的最新成果

肿瘤的发生与发展与肿瘤微环境的生物力学因素密切相关，尤其是细胞外基质的硬度。当细胞和组织水平上的力学稳态发生偏离时，发育异常和癌症发生也随之而来。例如，肿瘤细胞外基质交联密度增加，使得肿瘤组织比正常组织硬度更大。另外，肿瘤细胞在增殖过程中对肿瘤组织体积扩大造成对抗压力，使得肿瘤细胞外基质发生变形并且产生肿瘤内应力，进一步促进肿瘤生长。然而，在三维肿瘤微环境的机械应力条件下促进肿瘤发生的分子机制尚不清楚。

基于水凝胶的三维培养系统有望在体外构建能够再现实体肿瘤独特生理和病理特征的癌症球体。具有可调生物物理性质的水凝胶可以重建仿生肿瘤微环境。这些系统能够产生具有明确的生物化学和生物物理特性，这有助于阐明肿瘤发病机制。然而，制备具有可调机械性能的水凝胶，同时控制其他一致的参数，是阐明肿瘤微环境对癌症细胞发育影响的关键。

在这里，边黎明教授团队制备了具有广泛硬度（2至100 kPa）的透明质酸钠水凝胶，同时保持生化含量不变，以探究基质硬度对癌细胞生长的影响。我们的研究结果表明，与软水凝胶相比，硬水凝胶中的癌细胞表现出更强劲的细胞增殖，并发展成更大的球状细胞团。通过降解诱导的水凝胶软化，刚性水凝胶的应力释放导致了癌细胞团的膨胀和核尺寸的膨胀，表明癌细胞受到了较高的围压。进一步地，通过转录组学测序及一系列生化实验验证，作者揭示了刚性水凝胶施加的高围压通过TRPV4-PI3K/Akt-HSF1信号轴上调Hsp70，从而增强了被包裹的结直肠癌细胞和其他癌症细胞系的存活、增殖和干性。

该工作以“Mechanical manipulation of cancer cell tumorigenicity via heat shock protein signaling”为题发表在《Science Advances》上（Sci. Adv. 2023, 9 (27), eadg9593）。文章第一作者为香港理工大学研究助理教授(研究)王兆康和香港理工大学博士后殷伯翰博士，文章共同通讯作者为华南理工大学生物医学科学与工程学院张琨雨副教授和边黎明教授。

原文链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adg9593

来源：华南理工大学

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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