癌癥是目前人類健康的主要?dú)⑹种?。惡性腫瘤組織內(nèi)部松散，一些細(xì)胞很容易逃逸出來(lái)，滲透進(jìn)入血液循環(huán)從而轉(zhuǎn)移到其他器官甚至遍布全身組織，并在新位點(diǎn)處形成新的腫瘤，這也就是談之色變的癌癥轉(zhuǎn)移。當(dāng)前的抗癌療法主要目標(biāo)還是除去癌細(xì)胞，如*性手術(shù)切除腫瘤、放療和化療等，均可破壞惡性腫瘤及其生長(zhǎng)微環(huán)境，不過(guò)，這些治療方案都需要面對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的問(wèn)題。在腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)過(guò)程中，占比非常小的腫瘤干細(xì)胞（Cancer Stem Cell，CSC）起到了非常重要的作用。

腫瘤轉(zhuǎn)移模型。圖片來(lái)源：Nature Materials

通常來(lái)說(shuō)，腫瘤干細(xì)胞轉(zhuǎn)移與腫瘤位置、外界刺激、腫瘤生長(zhǎng)微環(huán)境等有關(guān)。zui近，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校Kristopher A. Kilian教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Materials》上發(fā)表文章，揭示腫瘤組織的界面幾何形狀也會(huì)誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的形成和富集，并影響其在腫瘤組織內(nèi)的分布，進(jìn)而影響腫瘤的轉(zhuǎn)移。（Interfacial geometry dictates cancer cell tumorigenicity. Nature Mater., 2016, DOI: 10.1038/nmat4610）

基質(zhì)模型截面。圖片來(lái)源：Nature Materials

研究者采用不同彈性的改性聚丙烯酰胺凝膠，通過(guò)軟光刻技術(shù)制備具有不同大小和形狀的二維和三維圖案化微環(huán)境，用于培養(yǎng)黑色素瘤細(xì)胞。由于組織內(nèi)部的細(xì)胞粘附可以調(diào)節(jié)組織的周長(zhǎng)應(yīng)力，他們?cè)O(shè)計(jì)了可以改變曲率及周長(zhǎng)面積比的直線和圓環(huán)形貌。研究發(fā)現(xiàn)在圓環(huán)的外凸面曲率區(qū)域相比于內(nèi)部凹入?yún)^(qū)域有更高的腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物表達(dá)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一系列的圖案，包括邊緣、凹凸區(qū)域等，研究腫瘤細(xì)胞群的周邊界面因素的組合是如何指導(dǎo)細(xì)胞形成組織和表達(dá)腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)記物。結(jié)果顯示，在所有的幾何形狀中，不同于正常的干細(xì)胞多分布在柔軟、濕潤(rùn)的組織內(nèi)部位置，表達(dá)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的細(xì)胞多分布在圖案化腫瘤微環(huán)境的邊緣或外圍附近，尤其是位于其凸面和轉(zhuǎn)角處。

不同界面幾何圖案影響腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)。圖片來(lái)源：Nature Materials

研究人員也對(duì)螺旋圖案凝膠基質(zhì)模型中的腫瘤干細(xì)胞開展了全基因組表達(dá)分析，結(jié)果表明界面幾何圖案可以通過(guò)調(diào)節(jié)integrinα5β1、MAPK和STAT等細(xì)胞信號(hào)蛋白的活性來(lái)調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的形狀和粘附。創(chuàng)傷修復(fù)和Boyden小室入侵檢測(cè)實(shí)驗(yàn)均表明培養(yǎng)在3D螺旋圖案基質(zhì)中的細(xì)胞，其遷移和侵襲能力更強(qiáng)，具有更強(qiáng)的腫瘤轉(zhuǎn)移潛能和致瘤性。研究人員隨后在小鼠模型中開展了皮膚癌干細(xì)胞的測(cè)試研究，結(jié)果表明從模型環(huán)境中獲取的細(xì)胞比從正常培養(yǎng)皿中獲取的細(xì)胞更容易導(dǎo)致皮膚腫瘤的形成。

腫瘤干細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲及小鼠模型致瘤性對(duì)比。圖片來(lái)源：Nature Materials

隨后研究人員對(duì)肺癌和前列腺癌等多種癌細(xì)胞系進(jìn)行了類似研究，不同種類的腫瘤干細(xì)胞均對(duì)圖案化微環(huán)境產(chǎn)生了相似的響應(yīng)。

界面幾何形狀在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮了激活干細(xì)胞樣細(xì)胞的*作用，這一發(fā)現(xiàn)有助于在活檢和腫瘤切除手術(shù)中指導(dǎo)腫瘤微環(huán)境的臨床分析，在個(gè)性化治療領(lǐng)域中促進(jìn)特定模型設(shè)計(jì)、開發(fā)和轉(zhuǎn)化的進(jìn)步。