体外细胞迁移和侵袭

正常的细胞迁移/侵袭过程包括原肠胚形成、胚胎形态发生、分支形态发生(如乳腺导管)、神经系统发育、血管发芽、胎盘发育、伤口愈合或免疫细胞运输。也有病理情况，其中不受调节的细胞运动是高度显著的。例如，肿瘤细胞的迁移和侵袭与临床最相关。癌症是第二大死因，截至2008年，全球有760万人死于癌症。转移是癌症治疗的主要问题，是预后不良的指示，对患者的生存有很大影响。肿瘤侵袭和转移的几种模型已经被提出。

不幸的是，这些治疗方法在临床试验中失败了。从那时起，人们对癌细胞扩散机制有了新的认识，表明肿瘤细胞可以通过蛋白酶独立的机制通过ECM来逃避MMP的抑制。因此，治疗靶向蛋白酶结合肿瘤细胞侵袭和迁移的其他特征仍然是抗癌策略的有效概念。因此，了解癌细胞中驱动转移扩散第一步的基本原理和分子途径是非常有意义的，并具有潜在的治疗重要性。

确定肿瘤和基质细胞的迁移和侵袭能力，并阐明其潜在机制，对于癌症诊断、预后、药物开发和治疗的新策略至关重要。Nina Kramer^[1]等简要地总结了不同的细胞移动模式，并综述了可用于评估迁移和侵袭的体外方法。

图1. 侵袭。(A)扫描电子显微镜(SEM)显示了I型胶原纤维在体外组装的结构。(B)间充质细胞(蓝色假色)通过成纤维细胞样运动侵入I型胶原(白色纤维)基质的扫描电子显微镜观察。(C)包埋在I型胶原凝胶中的胚胎肠成纤维细胞附着、重建和重塑其运动通过的ECM纤维。^[1]

迁移通常被用作生物学中的总括术语，用来描述体内任何定向的细胞运动。细胞的迁移能力使其能够在组织内或不同器官之间改变位置。在病理学上，癌的侵袭被定义为穿透组织屏障，如恶性肿瘤细胞穿过基底膜，浸润(侵入)到下层间质组织。

例如，当肿瘤肿块越过基底膜进入粘膜下肌肉层时，肠癌被归类为浸润性。定义非上皮性肿瘤的侵袭性更为困难，因为没有明确的基底膜分离，例如间充质细胞。在处理定向细胞运动的体内描述的许多生物学领域中，没有明确区分迁移和入侵。

在实验细胞生物学中，迁移和入侵是明确分开的两个术语。迁移被定义为细胞在基底膜、ECM纤维或塑料板等基质上的定向运动。

因此，迁移发生在没有任何阻塞性纤维网络的2D表面上。侵袭被定义为细胞在3D基质中的运动，这伴随着3D环境的重构。为了通过基质，细胞必须改变其形状并与ECM相互作用，ECM一方面提供细胞附着基质，另一方面代表朝向移动的细胞体的屏障。侵袭需要细胞外基质成分的黏附、蛋白质分解和迁移，因此侵袭细胞重塑ECM。

图2.体外侵袭实验。^[1]

由于获得迁移表型是转移扩散的先决条件，因此确定肿瘤细胞的迁移和侵袭潜能及其背后的分子机制是在癌症诊断、预后和药物开发方面提出新的临床策略的基础。各种各样的测定方法评估细胞在体外的迁移或侵袭潜力和活性。这些检测的范围从非常简单和廉价的到技术要求高或昂贵的解决方案。

[1] N. Kramer, A. Walzl, C. Unger, M. Rosner, G. Krupitza, M. Hengstschläger, H. Dolznig, In vitro cell migration and invasion assays, Mutation Research/Reviews in Mutation Research, 752 (2013) 10-24.

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