新的研究在乳腺癌細(xì)胞的膜中發(fā)現(xiàn)了可變電壓，揭示了它們?nèi)绾紊L和擴(kuò)散的線索。這項由倫敦帝國理工學(xué)院和倫敦癌癥研究所領(lǐng)導(dǎo)的研究可以幫助我們更好地了解癌細(xì)胞如何“決定”何時繁殖以及擴(kuò)散到何處。
當(dāng)細(xì)胞癌變時，它們會發(fā)生一系列生物電變化。例如，細(xì)胞周圍的一層，稱為細(xì)胞膜，比健康的細(xì)胞膜帶正電更多。
今天發(fā)表在《通訊生物學(xué)》上的這項新研究發(fā)現(xiàn)，除了膜電壓高于健康細(xì)胞外，它還會隨著時間的推移而波動——乳腺癌細(xì)胞的行為很像神經(jīng)元。研究人員認(rèn)為，這可能表明癌細(xì)胞之間的電通信網(wǎng)絡(luò)將來可能成為破壞的目標(biāo)，從而創(chuàng)造出可能的新療法。
來自帝國理工學(xué)院生物工程系的共同主要作者阿曼達(dá)福斯特博士說：“當(dāng)健康細(xì)胞變成癌細(xì)胞時，它們所經(jīng)歷的變化可以幫助它們生長和擴(kuò)散。例如，我們知道控制細(xì)胞增殖的某些基因可以轉(zhuǎn)換關(guān)閉，導(dǎo)致不受控制的細(xì)胞生長。
我們還不知道為什么癌細(xì)胞中膜的電壓會波動——但我們的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)，在工程師和生物學(xué)家的激動人心的合作下，為進(jìn)一步的工作打開了大門，可以幫助我們更好地了解癌癥信號網(wǎng)絡(luò)和生長。”
為了測試電壓，研究人員從八種乳腺癌細(xì)胞系和一種健康的乳腺細(xì)胞系中培養(yǎng)細(xì)胞。然后，他們用最初設(shè)計用于拍攝腦細(xì)胞電活動的顯微鏡記錄了細(xì)胞膜的電壓，然后使用機(jī)器學(xué)習(xí)對信號進(jìn)行分類和表征。
出乎意料的是，他們發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞膜的電壓波動。盡管還需要更多的研究，但研究人員懷疑“閃爍”和“揮動”的電信號可能是細(xì)胞之間的一種交流形式。
他們添加了河豚毒素，這是一種有效的神經(jīng)毒素，可阻斷鈉通道以防止神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生電荷。先前的研究表明，癌細(xì)胞依靠這些鈉通道變得更具侵襲性。
他們發(fā)現(xiàn)，與它對神經(jīng)細(xì)胞的作用類似，河豚毒素抑制了癌細(xì)胞中的電壓波動。研究人員表示，這可能表明阻斷癌細(xì)胞通訊和行為的新治療途徑。
共同主要作者，倫敦癌癥研究所癌癥形態(tài)動力學(xué)教授ChrisBakal教授說：“這是我們第一次觀察到乳腺癌細(xì)胞內(nèi)電活動如此快速的波動。它看起來像乳腺癌細(xì)胞已經(jīng)建立了一種電子語言。我們?nèi)匀徊恢肋@種語言有多復(fù)雜，但它可以讓癌細(xì)胞遠(yuǎn)距離傳遞有關(guān)附近營養(yǎng)物質(zhì)或惡劣環(huán)境的信息，并最終促進(jìn)腫瘤存活。
為了進(jìn)一步測試他們的發(fā)現(xiàn)，他們在再次記錄之前在健康細(xì)胞系中誘導(dǎo)了癌癥。他們發(fā)現(xiàn)，一旦這些細(xì)胞發(fā)生癌變，它們的細(xì)胞膜電壓也會波動。
電信號水平因癌癥類型而異。更具侵襲性和無法治療的癌細(xì)胞系具有更頻繁的波動，信號有時表現(xiàn)為從一個細(xì)胞傳播到另一個細(xì)胞的波。
帝國理工學(xué)院生命科學(xué)系的共同作者M(jìn)ustafaDjamgoz名譽教授說：“在身體的所有細(xì)胞中，我們通常將‘興奮’的大腦或心臟細(xì)胞與電活動聯(lián)系起來。我們的研究表明，癌細(xì)胞之間存在一個隱藏的電信號網(wǎng)絡(luò)，“可能在癌細(xì)胞行為中起關(guān)鍵作用，包括相互之間和腫瘤內(nèi)其他細(xì)胞的交流。我們已經(jīng)知道，癌癥的擴(kuò)散是癌癥死亡的主要原因，是由電活動促進(jìn)的。”
Bakal教授補充說：“我們認(rèn)為這些網(wǎng)絡(luò)甚至可以讓癌細(xì)胞形成類似大腦的結(jié)構(gòu)，讓癌細(xì)胞作為一個單一的機(jī)器一起行動，而不是作為單獨的單元。”
連接線索
研究人員現(xiàn)在正在努力識別和解開細(xì)胞膜電壓與癌細(xì)胞行為之間的潛在聯(lián)系，看看它們是否可以被切斷。Bakal教授說：“如果你能阻止癌細(xì)胞相互交流，它們就會變得更容易治療。這與戰(zhàn)爭并沒有太大的不同。如果你能阻止指揮官將信息傳遞給前線的士兵，那么戰(zhàn)斗就會變得更容易。”贏。”
Foust博士說：“我們現(xiàn)在正在研究電壓在癌細(xì)胞行為中的作用。癌細(xì)胞是否會隨著電壓以某種模式波??動而自我克隆和繁殖，還是會分裂以侵入身體的其他部位?我們可以利用這些知識進(jìn)行干預(yù)嗎?處于特定波動階段以防止癌癥擴(kuò)散?這些是我們希望通過正在進(jìn)行的工作來回答的關(guān)鍵問題。
這項研究由綜合生物成像網(wǎng)絡(luò)、皇家工程院、生物技術(shù)和生物學(xué)研究委員會(BBRC，UKRI的一部分)、WellcomeTrust、工程和物理科學(xué)研究委員會(EPSRC，UKRI的一部分)、英國癌癥研究中心資助并挺身而出對抗英國癌癥。
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