PNAS:柔软的武器——组织流动性如何影响脑肿瘤的发展
生物探索 · 2019/12/18
近日,研究人员通过观察肿瘤的流动性,为GBM的浸润行为提供了一个简单有趣的解释。他们使用流动性来量化体内磁共振弹性成像(MRE)所测量的生物组织的粘性表现。结果显示了神经肿瘤的异常性,其流动性随着水含量的增加而降低。该研究结果发表在《PNAS》杂志上。

胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见,最具侵略性的恶性脑肿瘤,且预后较差。70%~80%患者病程在3~6个月,病程超过1年者仅10%。 GBM为何如此快速猛烈地增长,其原因尚不清楚。

近日,研究人员通过观察肿瘤的流动性,为GBM的浸润行为提供了一个简单有趣的解释。他们使用流动性来量化体内磁共振弹性成像(MRE)所测量的生物组织的粘性表现。结果显示了神经肿瘤的异常性,其流动性随着水含量的增加而降低。该研究结果发表在《PNAS》杂志上。



https://doi.org/10.1073/pnas.1913511116


生物组织具有机械特性,其固体或流体行为会影响恶性肿瘤的扩散。众所周知,实体瘤往往具有较高的机械强度,使其可以主动侵入并扩散到周围健康的实体组织中,但是如何在更坚硬的环境(例如大脑)中生长出较软的肿瘤(非实体瘤),却是未知的。

为了了解这种“意外行为”,研究人员使用MRE来研究3种类型的模拟材料,分别是琼脂糖、肝素和豆腐,它们与水结合的方式各不相同。琼脂糖和肝素是水合多糖,而豆腐则是由大豆蛋白组成,它们主要通过疏水相互作用相聚集。这三种材料在稀释后其机械流动性会发生不同的变化,从而为神经瘤在体内流动性的定量解释提供参考。



琼脂糖、肝素和豆腐与不同量的水混合后的MRE。(A)由于水含量不同而导致的流动状态不同时,复合剪切模量的幅值(jG * j)和复合剪切模量的相角(φ)图;(B)三种模拟材料在干燥固体部分上的大小剪切模量(jG * j)和相角(φ)的变化。



脑瘤的体内MRE。(A)GBM和MEN中的两个代表性案例(B)肿瘤流动度φ与肿瘤内游离水的相对量(jS * j)的相关性的定量分析


流动度φ在脑肿瘤中的异常行为(在较低水分含量下流动性更高)与在豆腐中的观察结果类似。结果表明侵袭性GBM具有更高的水含量,但同时表现得像固体;与脑组织相比,水含量少的良性脑膜瘤(MENs)具有类似液体的表现。这表明流动性对于肿瘤的侵袭性和浸润潜能起着重要作用。

此次研究使用模拟组织模型发现了神经肿瘤的异常流动性,这种异常性使得GBM在物理层面上可以穿透周围组织。因此,流动性可能在未来成为癌症研究的重要目标,并为癌症的诊断和治疗开辟了崭新的前景

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