在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞会经历表型和分子变化，统称为细胞可塑性，这种变化通常受肿瘤微环境（TME） 的调控。由于肿瘤具有复杂的异质结构，了解肿瘤的进展不仅需要研究肿瘤本身，还需要研究肿瘤细胞与其细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM） 之间的相互作用。ECM是一种由蛋白和多糖组成的纤维网络，具备介导肿瘤发展过程中各种细胞行为的生物物理性质，临床证据也支持ECM在多种肿瘤类型 （如卵巢癌、肺癌、乳腺癌和结直肠癌） 的风险和预后中发挥作用。虽然动物模型是肿瘤研究中的常用模型，但很难剖析单个ECM的生物物理性质对肿瘤发展的具体作用。
近日日，华中科技大学刘熙秋团队在Materials Today Bio期刊发表了题为： Biophysical cues of in vitro biomaterials-based artificial extracellular matrix guide cancer cell plasticity 的综述论文。
该论文介绍了用于制造体外人工细胞外基质（ECM）的不同来源生物材料如何通过其生物物理性质模拟肿瘤微环境（TME）的关键特征。总结了不同的生物物理性质如何介导癌细胞的可塑性行为，包括细胞形态、上皮-间质转化 （EMT） 、干细胞富集、增殖、迁移/侵袭和耐药性。
该论文讨论了将体外人工ECM用于肿瘤基础研究和精确医学应用的可行性，并为设计合适的生物材料支架提供了指导性原则。
图1：体外人工ECM的生物物理性质介导的癌症可塑性细胞行为
各种生物材料 （包括天然材料、合成材料和复合材料） 已成功应用于制造研究肿瘤细胞行为的人工ECM。这些支架显示出巨大的潜力，可以在结构和力学上重现原生ECM的关键生物物理特征，并介导肿瘤细胞朝着可预测的结果发展 （例如EMT、侵袭和耐药性） 。
未来设计合适的生物材料支架可遵循一些共性原则：
1、3D结构显示出促进细胞簇或球囊形成的优势。
2、纤维结构有利于肿瘤细胞的迁移/侵袭，因其可模拟许多原生ECM的真实环境。
3、模拟不同进展阶段肿瘤组织的力学性质变化 （如基质硬度） 很重要。
4、可通过添加ECM成分来增强合成生物材料的功能。
最后，论文作者设想了利用工程化生物材料构建体外人工ECM将在肿瘤建模中发挥重要作用，并可能在未来十年推动精准医学的发展以治愈更多癌症患者。
华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院的汤睿智博士为本文的第一作者，华中科技大学同济医学院药学院刘熙秋副教授为本文的通讯作者。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2023.100607
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