在這個顯微鏡載玻片的玻璃平臺內(nèi)，研究人員重建了兩個與胰腺癌擴散有關的解剖結構。 普渡大學照片/約翰安德伍德

使胰腺癌如此致命的原因在于它的隱蔽性和快速傳播。現(xiàn)在，由普渡大學工程師建造的“時間機器”已經(jīng)展示了一種在癌癥擴散到整個胰腺之前逆轉(zhuǎn)癌癥進程的方法。

“這些發(fā)現(xiàn)開辟了設計新基因療法或藥物的可能性，因為現(xiàn)在我們可以將癌細胞恢復到正常狀態(tài)，”普渡大學機械工程教授兼普渡大學癌癥研究中心項目負責人 Bumsoo Han 說。韓在生物醫(yī)學工程方面有禮遇。

韓的實驗室建造的時間機器是一種稱為腺泡的胰腺結構的栩栩如生的復制品，它產(chǎn)生消化酶并將其分泌到小腸中。胰腺癌往往是從慢性炎癥發(fā)展而來的，這種炎癥發(fā)生在突變導致這些消化酶消化胰腺本身時。

如果有辦法回到過去，重新編程產(chǎn)生這些酶的癌細胞，那么就有可能完全重置胰腺。

普渡大學的研究人員使用這種實驗裝置將胰腺癌細胞重新編程回正常狀態(tài)。來源：普渡大學照片/約翰安德伍德

在過去的十年里，普渡大學生物科學系的名譽教授斯蒂芬·科涅茨尼（Stephen Konieczny）研究了一個潛在的重置按鈕：一種名為 PTF1a 的基因。

“PTF1a 基因?qū)τ谡５囊认侔l(fā)育絕對至關重要。如果你缺乏 PTF1a 基因，你就不會發(fā)育出胰腺，”Konieczny 說?！八裕覀兊恼麄€想法是，如果我們在胰腺癌細胞中重新打開 PTF1a 基因，會發(fā)生什么？我們會恢復癌癥表型嗎？事實上，這正是發(fā)生的事情?！?/p>

Konieczny 與 Han 的實驗室合作，通過在真實的腺泡模型（時間機器）中測試這些發(fā)現(xiàn)，將分子生物學研究中的這些發(fā)現(xiàn)提升到一個新的水平。已發(fā)表的研究刊登在最近一期英國皇家化學會期刊Lab on a Chip的封面上。

研究人員通常會在動物模型中研究可能的胰腺癌治療方法，但胰腺癌在動物身上發(fā)展可能需要幾個月的時間。擁有一種在同樣現(xiàn)實的微環(huán)境中研究癌癥發(fā)展和治療概念的方法將節(jié)省時間并讓研究人員更好地控制模型。

機械工程教授 Bumsoo Han 建立了一個胰腺結構的真實模型，該模型充當“時間機器”來了解癌癥并逆轉(zhuǎn)其擴散。學分：普渡大學照片/約翰安德伍德

普渡大學研究人員開發(fā)的模型克服了準確捕捉腺泡解剖復雜性的重大挑戰(zhàn)，腺泡是一個內(nèi)襯細胞的圓形空腔。

“從工程的角度來看，創(chuàng)建這種三維空腔并非易事。所以，想辦法建造這個空腔本身就是一項創(chuàng)新，”韓說。

Han 的實驗室已經(jīng)建立了另一個胰腺結構的真實模型，即導管，癌癥從腺泡中生長出來后生長。研究人員利用這些知識開發(fā)了一種新技術，可以在兩步“粘性指法”過程中構建導管和腺泡。

它是這樣工作的：該模型是一個位于顯微鏡載玻片頂部的郵票大小的玻璃平臺，有兩個相互連接的腔室。將膠原蛋白溶液加載到一個腔室中會填充胰管的手指狀形狀，胰管會膨脹然后膨脹，從而在第二個腔室中形成腺泡的空腔結構。

將癌細胞放入腺泡室使模型更加逼真。Konieczny 的實驗室對胰腺癌細胞系的 PTF1a 基因進行了改造，以在強力霉素（一種常用于抗生素的化合物）存在的情況下開啟。一旦基因被激活，這些細胞就開始在 Han 的模型中構建腺泡的其余部分，這表明它們不再是癌性的，并且已經(jīng)被重新編程。

“在這個模型中，不僅癌細胞被重新編程，而且我們第一次能夠展示腺泡的正常三維結構，它看起來與我們在健康胰腺中看到的結構非常相似，”科涅茨尼說。

Han 的實驗室目前正在根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)進行實驗，探索一種可能的基因療法。

VMB300DIC微分干涉生物顯微鏡

參考文獻：

Stephanie M. Venis、Hye-ran Moon、Yi Yang、Sagar M. Utturkar、Stephen F. Konieczny 和 Bumsoo Han 撰寫的“通過誘導 PTF1a 表達對具有重編程癌細胞的功能性胰腺腺泡進行工程改造”，2021 年 8 月 9 日，實驗室在芯片上。
DOI: 10.1039/D1LC00350J

這項研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院、Walther Embedding Program in Physical Sciences in Oncology 和普渡癌癥研究中心的部分資助，該中心是美國僅有的七個國家癌癥研究所基礎實驗室癌癥中心之一。

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