科學研究 - 日本查清癌細胞形成類血管網結構的機制，發現癌細胞繁殖的關鍵

日本大阪大學數據能力前緣機構的中野賢特任副教授帶領的研究團隊、與大阪大學研究生院生命機能研究科的平岡泰教授帶領的研究團隊和國立研究開發法人資訊通信研究機構（NICT）的原口德子主任研究員帶領的研究團隊通過聯合研究，成功在試管内再現了癌細胞群自生成類血管網狀結構的現象（圖1）。另外，研究團隊還利用基於簡單的個假體型的模擬發現，細胞之間的力對於類血管網狀結構的形成非常重要。

圖1：約10萬個癌細胞在試管内形成的網狀結構（顯微鏡照片）。圓形區域的直徑為14mm

此次，聯合研究團隊通過模擬再現在基質膠上培養細胞時實現的癌細胞群的動作發現，在相互遠離的細胞之間發揮作用的「遠端力」以及僅在相互接觸的細胞之間發揮作用的「觸點壓力」對癌細胞網狀結構形成至關重要。這項成果有助於瞭解癌細胞增殖、浸潤和轉移的機制，開發通過控制這兩種力，抑制類血管網形成的新抗癌藥物。

癌細胞要想持續在體內增殖，需要不斷獲得營養。已知癌細胞為獲得營養會分泌促進血管生長的信號分子，讓血管、也就是營養源向自己的方向生長。更令人喫驚的是，最近的研究表明，癌細胞本身會形成類似於血管網的網狀結構，並協調性進入血管或者使獲得的營養在癌細胞間循環。由於很難在試管内再現癌細胞形成的網狀結構，過去一直不瞭解癌細胞形成這種結構的機制。

研究團隊通過在基質膠上培養癌細胞發現，癌細胞群會進行自組裝，從而形成網狀結構。研究團隊用顯微鏡觀察各癌細胞此時的動作發現，在細胞之間發揮作用的兩種力對癌細胞形成網狀結構至關重要。

第一種力是在遠離的細胞之間工作的力，研究團隊將其命名為「遠端力」。就像兩個物體被萬有引力吸引一樣，物理可用能上遠離的兩個癌細胞會向彼此的方向移動。觀察確認，在這種力的作用下，細胞群會向細胞密度高的方向移動，形成聚集體（圖2）。

圖2：癌細胞的集體移動與聚集（顯微鏡照片）
左側照片是實驗初期狀態。大約存在700個癌細胞。其餘3張照片顯示了隨意選擇的71個癌細胞在5小時内移動的軌跡。很多癌細胞偏向右上方移動，形成了聚集體。物理可用能上遠離的細胞向同一方向移動，表明存在遠端力。各正方形區域的尺寸為1mm x 1mm。

另一種力僅在存在物理可用能性接觸的細胞之間工作，研究團隊將其命名為「觸點壓力」。雖然癌細胞傾向於朝著細胞密度高的方向移動，但並不是所有細胞都如此，也會朝著存在物理可用能性接觸的細胞的方向移動（圖3）。研究發現，在通過遠端力形成細胞聚集體的同時，聚集體之間還會通過觸點壓力連接，由此形成獨特的網狀結構。

圖3：癌細胞群形成網狀結構的過程（顯微鏡照片）
綠色圓圈内的細胞最初向左下方移動（0～1小時），然後向藍色圓圈内的細胞的方向生長 (2.5～5小時)。由此形成連接左下方聚集體和右上方聚集體的「橋樑」。綠色圓圈内的細胞向物理可用能接觸的藍色圓圈内的細胞方向移動（2.5～5小時），表明存在觸點壓力。各正方形區域的尺寸為0.5mm x 0.5mm。

研究團隊利用考慮了遠端力和觸點壓力的簡單個假體型，再現了癌細胞形成各種結構的過程（圖4）。在個假體型中，約10萬個細胞每個都被視為一個個體，根據基於遠端力和觸點壓力的簡單法則移動。遠端力在任意兩個細胞之間發揮作用，觸點壓力在相互接觸的細胞之間發揮作用。研究團隊在導入這兩種力的模擬中，如實再現了生物實驗獲得的結果（圖5）。

而僅使用其中一種力的模擬未能再現實驗結果。這表明，在癌細胞的結構形成中，遠端力和觸點壓力都非常重要。根據研究成果認為，細胞之間有遠端力和觸點壓力在發揮作用，用簡單的模型說明了複雜的生命現象。