細胞機械拉伸在腫瘤細胞方面的應用

細胞機械拉伸在腫瘤細胞研究中的應用日益廣泛，主要集中在以下幾個方面：

1. 腫瘤細胞的機械特性與惡性程度

• 細胞硬度與腫瘤進展：研究表明，腫瘤細胞的機械特性（如細胞硬度）與腫瘤的惡性程度密切相關。細胞的硬化或軟化可以影響其自我更新和腫瘤形成能力。例如，通過靶向作用肌動蛋白細胞骨架和肌球蛋白的活性來促使腫瘤細胞適度軟化，可以增強其自我更新和腫瘤形成的能力，而細胞的硬化則會抑制這種能力。這一過程依賴于細胞骨架/APC/Wnt/β-連環蛋白/Oct4信號通路。

2. 機械力對腫瘤細胞代謝的影響

• 代謝變化與氧化應激：機械拉伸可以顯著改變腫瘤細胞的代謝狀態，特別是氧化應激穩態。例如，意大利圖西亞大學的研究團隊發現，機械拉伸（24小時，1 Hz，0.5%伸長率的循環拉伸）可以顯著改變SAOS-2骨肉瘤細胞的代謝物水平，特別是氨基酸代謝和氧化應激相關途徑。機械拉伸誘導的代謝變化使細胞對化療藥物阿霉素更加敏感，這表明機械拉伸可以通過破壞氧化應激穩態來增強腫瘤細胞的敏感性。

3. 機械拉伸對腫瘤細胞侵襲和轉移的影響

• 肺癌細胞的侵襲能力：機械循環拉伸可以顯著增加肺癌細胞的侵襲能力。例如，研究發現，機械循環拉伸可以激活A549肺腺癌細胞中的腫瘤壞死因子-α (TNF-α) 蛋白的表達，從而促進細胞侵襲。這一過程涉及Wnt/β-catenin和腫瘤壞死因子通路的激活。

• 腫瘤微環境中的機械應力：腫瘤微環境中的機械應力（如固體應力和流體應力）對腫瘤細胞的表型和行為有重要影響。例如，ECM硬度的增加可以激活成纖維細胞并促進α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）陽性肌成纖維細胞表型，從而形成一個正反饋回路，進一步促進ECM的硬化和腫瘤細胞的侵襲。

4. 機械拉伸對腫瘤細胞凋亡的影響

• 機械凋亡（Mechanoptosis）：機械拉伸可以通過鈣流入和機械敏感通道（如Piezo1）的激活來誘導腫瘤細胞凋亡。例如，研究發現，循環拉伸可以降低腫瘤細胞的生長速率并導致柔軟表面上的細胞凋亡，而正常細胞在通過消耗剛性傳感器蛋白（如原肌球蛋白2.1）進行轉化時表現相似。

5. 機械拉伸在腫瘤細胞研究中的模型應用

• 體外機械拉伸模型：建立體外機械拉伸模型可以為研究機械通氣所致肺損傷的過程及其機制提供基礎。例如，大鼠肺上皮細胞體外周期性機械拉伸損傷模型可以用于研究機械通氣對肺組織的影響。

• 細胞拉伸儀的應用：細胞拉伸儀（如CELL TANK國產細胞牽張培養系統）可以為細胞和組織模型提供機械拉伸條件，用于研究細胞在機械應力下的行為變化。

總結

細胞機械拉伸在腫瘤細胞研究中的應用廣泛，涵蓋了從細胞機械特性、代謝變化、侵襲和轉移能力到細胞凋亡等多個方面。這些研究不僅揭示了機械力在腫瘤進展中的重要作用，還為開發新的治療策略提供了理論基礎。通過理解這些機制，可以開發出更有效的治療方法，提高腫瘤患者的生存率。