癌细胞是其环境的产物。周围的细胞，细胞外基质和其他特征会影响疾病的进展以及癌细胞向身体其他部位的扩散。对营养成分和氧气的存在等化学线索进行了数十年的研究，但是最近，研究人员将注意力转向了同样重要的物理线索。

有关肿瘤机械微环境的新研究将在2020年3月在丹佛举行的美国物理学会会议上发表。重点包括研究细胞外基质的各向异性如何影响癌细胞迁移的研究，基于新颖的基于光学镊子的工具来探测机械线索，以及在肿瘤内寻找最佳位置以注射化学药物的模型。

机械提示驱动转移

俄勒冈州立大学研究员Bo Sun将介绍他的发现，涉及癌细胞迁移与细胞外基质，胶原蛋白，蛋白质和其他支持周围细胞的分子的3D网络之间的复杂相互作用。具体来说，他将讨论细胞外基质的各向异性，以及胶原纤维的特定排列如何形成癌细胞的高速公路。

迄今为止，对于该领域的大多数研究而言，主要的范例是组织环境的刚性是指导细胞迁​​移的主要因素。与软区域相比，该单元希望移动到更刚性的区域。我们看到，在引导细胞迁移方面，另一种类型的物理特性，即环境的各向异性，效率更高。”

例如，沿肿瘤周向排列的胶原纤维会导致癌细胞被这种排列捕获，而沿径向排列的纤维则为细胞向外迁移提供了一条无摩擦的通道。研究细胞在其环境中的移动方式以及驱动该移动的因素是对理解癌细胞如何渗透到人体新区域的启示。

用光镊探测组织

生物物理学家坎迪斯·坦纳(Kandice Tanner)重新设计了一种工具，以测量可能影响肿瘤细胞向不同器官的传播方式的机械提示。基于光学镊子的技术可以以微米级分辨率探测活体动物细胞的物理特性。

“以前，组织，细胞和细胞外基质水凝胶的机械性能表征主要是使用体积流变或纳米级技术(例如原子力显微镜)获得的，并且主要用于体外系统，”美国国家癌症研究所的研究人员Tanner说，美国国立卫生研究院的一部分。“这些技术对于评估材料性能很有用，但不具备解析与细胞用于响应外部线索的微米级突起兼容的长度尺度所需的分辨率。”

Tanner和她的同事采用了该技术来测量活斑马鱼中的组织的粘弹性特性和乳腺癌进展的3D培养模型。对于后一个项目，他们使用了基于光阱的主动微流变技术，以几乎同时的方式绘制了内部细胞和外部细胞外基质的力学图。他们发现，与健康细胞不同，乳腺肿瘤细胞的机械性能与周围的微环境不匹配。

坦纳说：“随着癌细胞从其原始的原发肿瘤中迁移出来，它们会遇到许多物理提示，然后才能在患者的骨骼，脑，肝或肺等不同器官中建立新的病变。” “我们相信，通过解读物理线索的作用，我们可以理解为什么某些肿瘤细胞能够定居一个器官而不是另一个器官。”

变形细胞

尽管实验室实验中模拟的细胞外基质几乎是纯弹性的(一旦消除压力，它就会弹回其原始形式)，而脑，肝和其他组织的支架却没有。在这些区域中，细胞外基质同时具有粘性和弹性特征。哈佛大学的研究人员Anupam Gupta将介绍细胞外基质的粘弹性如何将正常细胞转化为癌细胞的研究。

古普塔和他的同事们观察到，增加细胞外基质的流动性会导致正常的乳腺细胞失去球形，形成粗糙的界面，并发展手指。基于这些结果，他们创建了细胞力学的数学模型，该模型显示随着粘度或弹性的增加，手指的形成停止了。

模拟癌症药物反应

癌症治疗严重依赖于反复试验，这可能导致不必要的毒性和费用。预测癌症药物如何在整个肿瘤中扩散的模型为肿瘤科医生提供了可能的解决方案。Aminur Ra​​hman开发了这类药物反应的机理模型，作为肿瘤学家在施用任何药物之前选择最有效治疗方法的一种方法。

德州理工大学博士后研究员拉赫曼说：“我们的机理模型能够产生剂量反应曲线，肿瘤学家会从细胞系和药物数据对中看到。” “我们意识到也许这项研究可以用于计算机辅助治疗策略。”

他将在海报展示中介绍多个项目的结果。第一个研究了直接注射到实体瘤中后药物分布的模型及其对癌细胞死亡的影响。尽管该模型假设肿瘤是球形且均质的，但脑肿瘤尤其倾向于高度不均质和各向异性。第二项研究使用实际扩散张量MRI数据开发了用于非均质各向异性药物扩散的更复杂的计算模型。

拉赫曼说：“由于肿瘤的不均匀性和各向异性，该中心可能不是注射药物的最佳场所。” “我们研究了不同的注射部位，没有必要由这个中心来解决问题。在这种情况下，拥有一个模型可以帮助肿瘤科医生知道在哪里注射药物。