date:2022-03-24 13:24:55
在癌癥的保護下，有超過 200 種疾病具有一個共同的獨特特征：它們能夠不間斷地生長。
你有沒有想過為什么老鼠小而大象大？雖然不同的動物有相似的細胞類型，大部分大小相同，但大象的細胞比老鼠多幾百萬。例如，之所以會出現這種差異，是因為當整個器官達到預定大小時，小鼠的肝細胞就會停止分裂。在大象肝臟的情況下，與小鼠肝臟相比，停止信號到達細胞的時間較晚。它們都有一個重要的共同點，那就是它們會停在一個預定的大小，這與該物種的大小有關。
如果細胞失去了停止分裂的能力，會發生什么？老鼠的肝臟會長到大象的肝臟那么大嗎？不是真的，但想象一下！
什么是癌癥？
當您的細胞失去控制生長的能力（可能受到許多因素的影響）時，它被稱為癌癥。然而，更準確地說，科學和醫學界使用六種不同的一般特征來定義癌癥。我們將它們稱為癌癥的標志。他們指定是否應將（隨機）疾病歸類為癌癥。這些標志集中在惡性細胞上，以及當健康細胞被疾病劫持時會發生什么，也稱為微環境細胞。
癌癥研究的目的
控制生長的分子機制稱為細胞接觸抑制。細胞生物學家將此過程定義為當細胞相互接觸時細胞生長的停滯。事實上，大多數經典的基礎癌癥研究都集中在細胞如何跳過這種接觸抑制并開始更快地生長。
這項研究背后的目的很容易理解：如果您確定了將癌癥惡性細胞與健康組織細胞區分開來的分子機制，您將（理論上）能夠抑制它，并有望殺死惡性細胞。
癌癥研究的突破與挑戰
實際的化學療法和許多基于抗體的癌癥療法都是基于這種策略。致癌物質（例如，煙草煙霧或石棉）甚至一些正常的細胞過程（例如，作為細胞能量產生的副產品的活性氧生成）可以在健康細胞中產生突變，從而影響參與細胞生長的基因。通過比較基因組和從癌細胞到健康細胞的蛋白質通路，研究人員已經能夠確定調節癌癥發生和進展的關鍵機制。事實上，今天的大多數癌癥都是可以治愈的，或者可以通過手術和可以抑制這些途徑的藥物的組合來控制。近年來，出現了與藥物治療相結合的新治療策略，重點是提高患者的“ 通過抑制癌細胞的免疫逃逸來增強自身的免疫系統。現在，越來越多的癌癥類型可以作為有效（個性化）治療的目標。
不幸的是，仍有一些癌癥類型無法成功治療，這意味著仍有成千上萬的患者在與這種疾病作斗爭。而且，當患者已經通過某種方案治療治愈，但后來復發時，第一次使用的化療藥物往往不再起作用。迄今為止，尚無針對轉移的治療方法，轉移是癌癥相關死亡的主要原因。盡管幾十年來成功的癌癥研究，仍然需要進一步的研究。基礎研究可以幫助確定影響細胞生長調節的新機制。一旦確定，就需要轉化研究以有效地將這些新發現應用于尚未獲得有效治愈的患者。
癌癥發展和進展中的細胞關鍵參與者
該蛋白質稱為 Snail1，其機制稱為上皮間質轉化 (EMT)。
EMT 導致上皮細胞失去其頂端-基底極性。這種極性損失會調節它們的細胞骨架，從而導致它們表現出降低的細胞-細胞粘附特性。事實上，根據轉變的程度，上皮細胞可能單獨或集體獲得間充質特征，這反過來又增加了它們的運動性和侵襲能力。
特別是在 Snail1 的情況下，這種蛋白質在許多上皮癌細胞中的表達導致了完整的 EMT，然后增加了它們與其他細胞分離的能力，以及它們的運動性、侵襲能力和化學抗性（以及其他細胞特性）。
到目前為止，還沒有基礎研究實驗室能夠確定一種可以有效阻斷 Snail1 表達或體內EMT 過程引起的細胞重編程的特定治療方法。此外，如本文后面所述，Snail1 在幾種非上皮細胞類型（如成纖維細胞和內皮細胞）中的表達產生了促進癌癥進展、轉移和對化療耐藥性的激活環。
研究癌細胞和藥物發現的方法
癌癥研究人員采用不同的方法來研究癌癥的發展、進展和治療。
例如，在我們的實驗室中，我們使用基于細胞的分析作為確定用于患者癌癥治療的新候選藥物的第一步。這些基于細胞的檢測中使用的癌細胞類型和方案多年來一直在發展。基本協議包括使用標準實驗室癌細胞系。復雜的測定使用從特定患者中分離的癌細胞，或癌癥和非癌細胞的混合物（例如，基質細胞、成纖維細胞），它們都存在于腫瘤中。癌細胞可以直接在塑料培養皿上生長，或者，如果想使用更生理的三維方法，可以在類似于患者腫瘤的特定基質中生長。在復雜的測定中，細胞培養基包括生長因子，這些生長因子也可以在體內癌細胞的微環境中找到.
這些檢測被設計成具有成本效益、快速、簡單、可重復和自動化。基本上，目標是在存在一組化合物的情況下培養細胞，以研究這些化合物是否有效殺死癌細胞。主要目標是降低惡性癌細胞中的細胞存活率，降低細胞運動性以降低轉移能力，甚至實現癌細胞完全重編程為非侵襲性狀態。
細胞類型重編程可能是一個難以檢查的過程，因為通常需要昂貴的測序技術。使用自動化系統和實驗室器具（例如， ibidi Culture-Insert ）時，細胞運動更容易測量，這使得分析更具重現性和更容易量化。如今，大多數旨在識別新治療藥物的基于細胞的檢測的主要目標是破壞癌細胞。有不同的方法來測量細胞存活。結晶紫或 MTT 染色是常用于檢測幸存細胞的檢測方法，方法是在治療后用不可逆染料固定和染色。
檢查細胞活力的另一種方法是使用活細胞染色熒光染料（圖 1 和 2）。通常，這些化合物是細胞膜可滲透的，一旦它們定位于特定的細胞器（例如，線粒體、溶酶體、高爾基體、細胞核和核仁）或任何細胞膜中，它們就會發出可以通過標準熒光顯微鏡跟蹤的熒光。可以可視化的目標細胞器列表非常龐大，并且每年都在增長。
圖 1：使用體內染色熒光染料進行化學治療后 Hek293 細胞中細胞死亡的可視化。細胞在 µ-Plate 24 Well Black中培養和成像。吖啶橙用于染色活的健康細胞（綠色），而赫斯特用于染色活細胞（藍色）。碘化丙啶 (PI) 用于染色死亡或垂死的細胞。未經處理的 Hek293 細胞 (A) 未顯示任何紅色的垂死細胞，而用化學治療劑阿霉素 (B) 或長春堿 (C) 處理的 Hek293 細胞在 72 小時后細胞死亡（紅色）急劇增加。Leica TCS SP5 共聚焦顯微鏡。
有趣的是，在一些細胞器中，熒光通過增加發射強度或引起染料顏色發射變化來響應它們的活性和細胞活力。這使研究人員能夠實施自動化系統來監測藥物效果。然而，成像系統需要高質量的實驗室器具來確保最終圖像的最佳質量。倒置共聚焦顯微鏡和底部透明的細胞培養室或板的組合是獲得最佳成像結果的最先進的解決方案，尤其是在使用 40x 或 63x 物鏡時。ibidi多孔板聚合物蓋玻片底部是玻璃的良好替代品，因為它們結合了出色的細胞粘附性和最佳成像特性。這些成像板是完全平坦的，并且具有光學上完美的聚合物蓋玻片底部，即使在使用高放大倍率物鏡和油鏡對細胞成像時也能產生出色的光學性能。此外，黑色孔間分離可在成像過程中阻止熒光串擾。因此，96 孔格式( µ-Plate 96 Well Black ) 是同時測試多種化合物或多種不同細胞類型中的相同化合物的完美選擇。
圖 2. 化療后 Hek293 細胞中線粒體的活染色，在 µ-Plate 24 孔黑色板 MitoTracker Red 中成像和培養 CMXRos 用于染色健康線粒體（紅色），Hoechst 用于染色細胞核（藍色）。未經處理的 Hek293 細胞 (A) 顯示大量線粒體，而用化學治療劑紫杉醇 (B) 或長春堿 (C) 處理的 Hek293 細胞在 72 小時后顯示線粒體急劇減少。Leica TCS SP5 共聚焦顯微鏡。
但是，我更喜歡使用 24 孔格 (µ-Plate 24 Well Black) 對我的細胞進行成像。它們有更大的表面用于播種和成像更高的細胞數量！這是獲得酷炫結果的簡單方法。
在我們的實驗室中，基于細胞的檢測過去、現在和將來都是許多轉化研究項目的第一步，這些項目涉及使用表達 Snail1 的上皮細胞、成纖維細胞或內皮細胞。µ-Plate 96 Well Black允許我們首先對多達 30 個不同的候選分子一式三份進行高通量細胞活力分析。接下來，我們使用µ-Plate 24 Well Black對選定的候選者進行詳細驗證和成像。當確定了降低癌細胞活力、活性或遷移的候選藥物時，需要進一步的體外研究來描述和表征其潛在的作用機制。最后，廣泛的基于動物的體內和離體實驗用于確認候選者阻斷腫瘤生長的能力。
Raúl Peña PhD
Raúl 在巴斯克鄉村大學（西班牙）獲得生物學學士學位和科學博士學位。在西班牙國家研究委員會 (CSIC) 擔任多個職位后，他于 2007 年成為 Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques (IMIM) Antonio Garcíade Herreros 實驗室的高級實驗室經理。該研究小組專注于研究 Snail1、EMT 和腫瘤微環境在癌癥發展中的作用。
Raúl 自己的研究線研究如何通過使用 Snail1 激活內皮細胞，促進血管生成，從而促進腫瘤進展。最近，該小組開始關注血管腫瘤作為研究內皮腫瘤生物學的新模型。
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