Exploring the interaction between extracellular matrix components of bone marrow and prostate cancer cells in a novel 3D model

当癌症从原发部位扩散到骨骼时，它通常会躲藏在一个被称为骨髓的深层保护层中。这个环境不仅仅是一个被动的储存空间；它是一个充满活细胞和被称为细胞外基质的粘性结构框架的复杂社区。可以将这个框架想象成维持这个社区稳定的脚手架。多年来，科学家们一直知道隐藏在这些骨髓中的癌细胞可以进入休眠状态，或者说“睡觉”，从而使标准的化疗药物对它们失效。虽然研究人员一直在研究癌细胞如何与其邻居进行交流，但这些细胞与这种粘性脚手架之间具体的相互作用方式一直是一个谜。了解这种相互作用至关重要，因为这可能解释了为什么一些患者在治疗多年后会复发——即休眠的细胞苏醒并导致新的、危险的肿瘤。

罗切斯特大学医学中心的科研团队致力于通过构建一种模仿骨髓脚手架的新型三维模型来解开这个谜团。科学家们没有在平坦的塑料培养皿中培养癌细胞（因为这不能反映它们在人体内的行为），而是利用一种从脐带中发现的天然材料制造了一种多孔海绵。他们去除了这种材料中所有的活细胞，只留下类似于骨髓环境的结构蛋白。随后，他们将两种常见的前列腺癌细胞放置在这种海绵上，以观察它们的反应。其目标是观察物理环境本身是否会改变癌细胞，使其产生耐药性或转变为更危险的类干细胞状态。

结果显示，海绵的环境对癌细胞产生了深远的影响。当细胞在这种三维结构中生长时，它们变得极难被一种名为多西他赛（Docetaxel）的标准化疗药物杀死。这些细胞也减缓了生长速度，进入了一种类似于在体内生存的睡眠阶段的休眠状态。然而，最令人震惊的发现是，这种环境对并非所有癌细胞的影响都是相同的。一种被称为 DU145 的前列腺癌细胞开始改变其身份。在海绵上生长一周后，这些细胞中的一小部分（约占总数的 5%）开始表现出癌症干细胞的标志。这些是肿瘤中极其罕见的细胞，具有启动新生长并抵抗治疗的独特能力。他们测试的另一种细胞类型 PC-3 则没有经历同样的转变，这表明这种改变的能力取决于特定的癌细胞类型。

为了证实这些改变后的细胞确实更加危险，研究人员将这一小部分改变后的细胞注射到小鼠体内。他们发现，这些细胞启动新肿瘤所需的细胞数量远少于原始的、未改变的癌细胞。原本的细胞需要一百万个才能形成肿瘤，而改变后的细胞仅需几千个就能启动肿瘤。此外，当检查这些新形成的肿瘤时，它们显示出扩散得更加积极的迹象。这些细胞的形状也发生了变化，变得更加细长且具有柔韧性，这种物理上的转变通常有助于癌细胞在体内旅行。这表明骨髓的脚手架不仅仅是为癌细胞提供庇护；它还能主动将其中一小部分细胞重新编程为更具韧性和危险性的形态。

这项研究强调了骨髓的物理结构在控制前列腺癌行为方面起着至关重要的作用。通过创建一个能够准确模拟这种结构的模型，研究人员得以观察环境本身是如何触发癌细胞变化的。他们观察到，细胞与脚手架之间的相互作用可以诱导休眠状态以及向类干细胞身份的转变，而这些都是耐药性的关键因素。虽然研究人员指出，他们仍需确定究竟是脚手架的哪些部分引起了这些变化，但他们的工作提供了一条清晰的前进路径。这表明，为了防止癌症复发，医生可能不仅需要针对癌细胞，还需要针对那个允许它们隐藏和进化的特定环境。这种新模型提供了一个强大的工具，用于测试如何打破癌症与其保护性家园之间的联系，从而有望为治疗转移性疾病提供更好的方法。