新研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞的動態(tài)電特征

新的研究在乳腺癌細胞的膜中發(fā)現(xiàn)了可變電壓，揭示了它們?nèi)绾紊L和擴散的線索。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胞如何“決定”何時繁殖以及擴散到何處。

當細胞癌變時，它們會發(fā)生一系列生物電變化。例如，細胞周圍的一層，稱為細胞膜，比健康的細胞膜帶正電更多。

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胞外，它還會隨著時間的推移而波動——乳腺癌細胞的行為很像神經(jīng)元。研究人員認為，這可能表明癌細胞之間的電通信網(wǎng)絡(luò)將來可能成為破壞的目標，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福斯特博士說：“當健康細胞變成癌細胞時，它們所經(jīng)歷的變化可以幫助它們生長和擴散。例如，我們知道控制細胞增殖的某些基因可以轉(zhuǎn)換關(guān)閉，導(dǎo)致不受控制的細胞生長。

我們還不知道為什么癌細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胞系和一種健康的乳腺細胞系中培養(yǎng)細胞。然后，他們用最初設(shè)計用于拍攝腦細胞電活動的顯微鏡記錄了細胞膜的電壓，然后使用機器學(xué)習(xí)對信號進行分類和表征。

出乎意料的是，他們發(fā)現(xiàn)癌細胞膜的電壓波動。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)細胞中產(chǎn)生電荷。先前的研究表明，癌細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)細胞的作用類似，河豚毒素抑制了癌細胞中的電壓波動。研究人員表示，這可能表明阻斷癌細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胞內(nèi)電活動如此快速的波動。它看起來像乳腺癌細胞已經(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，但它可以讓癌細胞遠距離傳遞有關(guān)附近營養(yǎng)物質(zhì)或惡劣環(huán)境的信息，并最終促進腫瘤存活。

為了進一步測試他們的發(fā)現(xiàn)，他們在再次記錄之前在健康細胞系中誘導(dǎo)了癌癥。他們發(fā)現(xiàn)，一旦這些細胞發(fā)生癌變，它們的細胞膜電壓也會波動。

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胞系具有更頻繁的波動，信號有時表現(xiàn)為從一個細胞傳播到另一個細胞的波。

帝國理工學(xué)院生命科學(xué)系的共同作者MustafaDjamgoz名譽教授說：“在身體的所有細胞中，我們通常將‘興奮’的大腦或心臟細胞與電活動聯(lián)系起來。我們的研究表明，癌細胞之間存在一個隱藏的電信號網(wǎng)絡(luò)，“可能在癌細胞行為中起關(guān)鍵作用，包括相互之間和腫瘤內(nèi)其他細胞的交流。我們已經(jīng)知道，癌癥的擴散是癌癥死亡的主要原因，是由電活動促進的。”

Bakal教授補充說：“我們認為這些網(wǎng)絡(luò)甚至可以讓癌細胞形成類似大腦的結(jié)構(gòu)，讓癌細胞作為一個單一的機器一起行動，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胞膜電壓與癌細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胞行為中的作用。癌細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行干預(yù)嗎?處于特定波動階段以防止癌癥擴散?這些是我們希望通過正在進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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