设计一个微流控系统来研究肿瘤球体在不同机械性能三维基质中的生长

癌细胞生长过程使周围的基质发生位移，导致细胞生长出现机械阻力。肿瘤的生长和重塑过程是由癌细胞及其周围基质的材料特性来调节的，然而这两个实体之间的机械相互依存关系还未知。

近日，来自美国杜克大学的Shyni Varghese教授团队通过微流控机械驱动破译了3D环境中肿瘤球体生长的机制，研究成果以“Deciphering the Mechanics of Cancer Spheroid Growth in 3D Environments through Microfluidics Driven Mechanical Actuation”为题发表在Adv. Healthcare Mater. 期刊上。

图1 微流控系统用于3D癌症球研究示意图

该研究中，研究人员开发了一个微流控平台，将肿瘤球精确地置于水凝胶中，同时对生长的球状体和周围的基质进行机械检测。通过静水压力使充满球状体的水凝胶变形，接着使用共焦成像和有限元分析，推断出球状体和基质的材料特性。对于嵌入软水凝胶中的球状体，可以检测到基质的杨氏模量在不连续的位置下降，并伴随着局部的肿瘤生长。

与此相反，嵌入硬水凝胶中的球状体尽管有生长，但并没有明显降低周围基质的杨氏模量。坚硬基质中的球状体利用其高体积模量进行生长，并显示出均匀的体积膨胀。



图2 微流控装置加载充满细胞的GelMA水凝胶

研究人员在微流控装置中对充满细胞的GelMA水凝胶进行静水加载后，应用静水压力来机械地探测装满球状体的水凝胶以及3D位移场量化水凝胶圆柱体和XZ横截面中间横向XY平面内的无细胞水凝胶的变形。

球状体在暴露于静水压力之前和之后，XY平面显示在流体装置底部以上50μm处。结果可以清晰看到癌症球被含有荧光颗粒的GelMA水凝胶包围，表明通过微流控系统来研究3D环境肿瘤球体生长的可行性。



图3 体积模量对硬水凝胶内球状体生长的作用研究









审核编辑：刘清