新研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞的動(dòng)態(tài)電特征

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(zhǎng)和擴(kuò)散的線索。這項(xiàng)由倫敦帝國(guó)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(shí)繁殖以及擴(kuò)散到何處。

當(dāng)細(xì)胞癌變時(shí)，它們會(huì)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(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，除了膜電壓高于健康細(xì)胞外，它還會(huì)隨著時(shí)間的推移而波動(dòng)——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(lái)可能成為破壞的目標(biāo)，從而創(chuàng)造出可能的新療法。

來(lái)自帝國(guó)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(shuō)：“當(dāng)健康細(xì)胞變成癌細(xì)胞時(shí)，它們所經(jīng)歷的變化可以幫助它們生長(zhǎng)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(zhǎng)。

我們還不知道為什么癌細(xì)胞中膜的電壓會(huì)波動(dòng)——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(dòng)人心的合作下，為進(jìn)一步的工作打開(kāi)了大門，可以幫助我們更好地了解癌癥信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和生長(zhǎng)。”

為了測(cè)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(jì)用于拍攝腦細(xì)胞電活動(dòng)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(duì)信號(hào)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(dòng)。盡管還需要更多的研究，但研究人員懷疑“閃爍”和“揮動(dòng)”的電信號(hào)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(duì)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(dòng)。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(dòng)力學(xué)教授ChrisBakal教授說(shuō)：“這是我們第一次觀察到乳腺癌細(xì)胞內(nèi)電活動(dòng)如此快速的波動(dòng)。它看起來(lái)像乳腺癌細(xì)胞已經(jīng)建立了一種電子語(yǔ)言。我們?nèi)匀徊恢肋@種語(yǔ)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(yíng)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(cè)試他們的發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谠俅斡涗浿霸诮】导?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(huì)波動(dòng)。

電信號(hào)水平因癌癥類型而異。更具侵襲性和無(wú)法治療的癌細(xì)胞系具有更頻繁的波動(dòng)，信號(hào)有時(shí)表現(xiàn)為從一個(gè)細(xì)胞傳播到另一個(gè)細(xì)胞的波。

帝國(guó)理工學(xué)院生命科學(xué)系的共同作者M(jìn)ustafaDjamgoz名譽(yù)教授說(shuō)：“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(dòng)聯(lián)系起來(lái)。我們的研究表明，癌細(xì)胞之間存在一個(gè)隱藏的電信號(hào)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(dòng)促進(jìn)的。”

Bakal教授補(bǔ)充說(shuō)：“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(gè)單一的機(jī)器一起行動(dòng)，而不是作為單獨(dú)的單元。”

連接線索

研究人員現(xiàn)在正在努力識(shí)別和解開(kāi)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(shuō)：“如果你能阻止癌細(xì)胞相互交流，它們就會(huì)變得更容易治療。這與戰(zhàn)爭(zhēng)并沒(méi)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(huì)變得更容易。”贏。”

Foust博士說(shuō)：“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(huì)隨著電壓以某種模式波??動(dòng)而自我克隆和繁殖，還是會(huì)分裂以侵入身體的其他部位?我們可以利用這些知識(shí)進(jìn)行干預(yù)嗎?處于特定波動(dòng)階段以防止癌癥擴(kuò)散?這些是我們希望通過(guò)正在進(jìn)行的工作來(lái)回答的關(guān)鍵問(wèn)題。

這項(xiàng)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(huì)(BBRC，UKRI的一部分)、WellcomeTrust、工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)(EPSRC，UKRI的一部分)、英國(guó)癌癥研究中心資助并挺身而出對(duì)抗英國(guó)癌癥。

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