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上皮-间充质转化（EMT）是癌症转移的关键表型转换，可对患者造成致命后果。在几何约束下，癌细胞的形态在细胞和亚细胞水平上都发生了变化，然而，尚不清楚其对EMT的影响。
2024年12月28日，复旦大学丁建东唯一通讯在Biomaterials 上在线发表题为“Effects of cell shape and nucleus shape on epithelial-mesenchymal transition revealed using chimeric micropatterns”的研究论文。该研究制备了具有粘附对比的聚苯乙烯（PS）嵌合微图案，以解耦的方式揭示了细胞形状和核形状对EMT的影响。
通过微孔纵横比（ARs）调节细胞伸长率，并通过微孔中的微柱阵列产生核变形。在准三维微图案表面培养人非小细胞肺癌细胞（A549），并加入转化生长因子-β1（TGF-β1）诱导EMT。作者发现，在给予TGF-β的条件下，嵌合微模式随着细胞AR 和核凹陷的增加而上调EMT。随后对微丝的收缩性和定向组装的评估阐明了机械转导在细胞伸长和EMT中的关键作用，正如肌球蛋白抑制所证明的那样，但被嵌合微模式中的微柱所阻碍。因此，微柱阵列具有非单调影响，增强AR为1的细胞EMT，但由于细胞骨架装配受阻，阻碍EMT，对具有大AR微孔的影响更显著。这项基础研究阐明了复杂的细胞和亚细胞几何结构对细胞行为（如癌症转移中的表型转变）的影响。
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转移是癌症死亡的主要原因，其表型转换起着关键作用。上皮-间充质转化（EMT）是癌症转移中具有可塑性的关键表型改变，通过这种改变，肿瘤细胞失去细胞间粘附，重塑细胞骨架，从而获得从原发肿瘤分离并定植到远处部位的侵袭能力。除转化生长因子-β（TGF-β）等生化因子外，研究人员还逐渐意识到机械调节对EMT在癌症转移、运动和化疗耐药中的重要性。在异质性肿瘤组织中，癌细胞的EMT受复杂的机械环境调节。研究表明，在更坚硬的基质上EMT显著增强，并通过人工外部限制的应力分布可以引入一种特殊的间充质表型自组织模式。也有研究表明，肿瘤微环境中和侵袭过程中的癌细胞会经历形态变化，可能与表型转换和化疗耐药性的获得有关。细胞骨架的组装和收缩，以及机械转导相关途径（如RhoA-ROCK）是机械环境调节EMT的关键机制。在几何约束下，细胞和核水平的形态变化与EMT密切相关，EMT不仅是有助于细胞侵袭能力的EMT生物标志物之一，还参与EMT可塑性的动态调节过程。迄今为止，EMT研究主要在组织或多细胞水平进行，但很少在单细胞或亚细胞水平上研究其影响，难以区分各种形态学因素在癌症转移中的作用。已有研究在微图案表面上对间充质干细胞（MSC）等其他细胞类型进行调节。如使用软光刻技术制造粘附微图案以控制单个细胞的形状，其中细胞骨架的定向组装和收缩性对于这种几何响应必不可少。MSC的分化程度随干细胞的纵横比（AR）而变化，表明细胞形状影响表型改变。细胞核的自变形由微柱阵列的表面拓扑诱导，具体取决于细胞类型。在变形的细胞核中，细胞增殖和染色体重新定位的下调以及基因调控已得到确认。已知机械转导在细胞和细胞核形状变化中的重要性，以及力转导和染色质定位变化如何调节基因表达，从而调节表型改变和其他细胞行为。虽然这些材料可用于分析EMT中细胞和细胞核形态的作用，但无论是粘附微图案还是拓扑表面都不能以解耦的方式调节细胞或细胞核的形状，因此很难明确揭示这些因素对EMT的影响。图1 微孔（一种拓扑微模式）和具有微柱的微孔（一种具有嵌合特征的更复杂的拓扑微模式）构建示意图（摘自Biomaterials ）该研究结合软光刻和溶剂蒸发，基于聚苯乙烯（PS）制备了具有粘附对比的嵌合微图案，促进细胞伸长和核变形。微柱设置在每个微孔的底部。微孔的内部通过氧气等离子体处理实现细胞粘附，而微孔外部则通过PluronicF-127的微接触印刷（μCP）进行防污，PluronicF-127是一种由聚环氧乙烷（PEO）和聚环氧丙烷（PPO）组成的两亲性嵌段共聚物PEO-PPO-PEO。基于嵌合微模式，可以在保持相同细胞形状的同时诱导细胞核变形，或者在控制细胞核形状的同时调整细胞形态，对于阐明其自身效应至关重要。作者使用人非小细胞肺癌细胞（A549细胞）作为模型细胞，评估细胞形状和细胞核形状如何调节EMT，还通过评估细胞骨架的微丝组装和收缩力，证明了机械转导在影响EMT的细胞形态变化中的作用。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224005490?via%3Dihub![]()
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