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什么是细胞迁移与侵袭(细胞迁移的过程盘点)

发布时间:2022-09-13 10:11:29 阅读:13202次 来源:生物实验菌

  细胞迁移也叫做细胞爬行,细胞移动或者细胞运动,是细胞在化学信号(如:趋化因子)的驱使下沿着浓度梯度从一个区域转移到另一区域的运动,是活细胞普遍存在的一种运动形式。细胞迁移在损伤修复,细胞分化,胚胎发育,肿瘤转移等生理病理过程中普遍存在。

  细胞侵袭与细胞迁移比较类似,但是“侵袭”需要细胞穿过胞外基质层(ECM)或基底膜基质层(BME),在这个过程中细胞先酶解去除ECM/BME的阻碍,从而在趋化因子浓度梯度的驱使下完成从一处到另一处的移动。常用来评估肿瘤细胞在正常组织中转移的能力,但正常细胞,如巨噬细胞也有相同的能力。

  细胞迁移的过程

  1.细胞前端伸出片状伪足

  2.细胞前端伪足和细胞外基质形成新的细胞黏附

  3.细胞体收缩

  4.细胞尾端和周围基质黏着解离,细胞向前运动

  目前细胞迁移与侵袭实验在肿瘤治疗,创面愈合,上皮修复等方面有重要应用,接下来介绍一些细胞迁移与侵袭的模型应用:

  (1)安徽医科大学钱海生教授团队将氟喹诺酮类抗生素药物(司帕沙星(SP))作为化疗药物和光敏剂对小鼠乳腺癌细胞(4T1)进行联合治疗。该团队利用自组装的方式将UCNPs和SP封装成两亲性聚合物(mPEG-b-PHEP)中,合成热敏胶束(USP)。通过NIR照射可以精确控制肿瘤部位SP的释放,SP进入肿瘤细胞核后通过抑制细胞核中的II型拓扑异构酶,成功抑制了细胞迁移和转移。相关文章以“Phototherapy Using a Fluoroquinolone Antibiotic Drug to Suppress Tumor Migration and Proliferation and to Enhance Apoptosis”发表于《ACS NANO》。

图例

  研究人员采用划痕试验和平板细胞克隆形成试验,评价USP对4T1细胞迁移和增殖的抑制作用。与对照组相比,USP+NIR处理组24小时的4T1细胞的迁移和增殖速率受到强烈抑制,并且USP表现出最大的相对划痕面积比和更强的增殖抑制作用。接下来采用Transwell法进一步评价USP对体外4T1肿瘤细胞体外侵袭性的影响。USP+NIR组显著减少了侵入下腔室的4T1细胞的数量,这表明USP在激光照射下可以释放被聚合物材料包裹的SP。USP在抑制4T1细胞迁移、增殖和侵袭方面具有优异的性质,证明了其在体内防止肿瘤复发和转移的巨大潜力。

  (2)癌细胞迁移是肿瘤转移的重要过程之一,因此抑制癌细胞迁移是降低癌症死亡率的重要手段。苏州大学陈红教授团队研究发现糖共聚物对小鼠黑色素瘤(B16)癌细胞表面的修饰会影响细胞的迁移。数据显示,与未修饰的B16细胞相比,修饰的B16细胞(B16/HTP-pMAG)的迁移方向改变,扩散减慢。当修饰的和未修饰的B16细胞混合时,伤口愈合实验分析表明未修饰的B16细胞的集体迁移被抑制。相关文章以“Glycopolymer Engineering of the Cell Surface Changes the Single Cell Migratory Direction and Inhibits the Collective Migration of Cancer Cells”发表于《ACS Appl. Mater. Interfaces》。

图例

  研究人员将修饰(B16/HTP-pMAG)和未修饰(B16)的细胞混合培养进行“伤口愈合”愈合实验,分析12小时内细胞迁移的面积。结果显示与对照组(B16)相比,B16/HTP-pMAG(25:1)组细胞迁移面积减少了30%。同时随着修饰细胞比例的增加B16/HTP-pMAG(25:3),未修饰细胞的迁移面积减少了40%,进一步证实了修饰细胞对于未修饰细胞的迁移具有减速作用。

  (3)高浓度的葡萄糖、高水平的基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和长期的炎症构成了糖尿病创面的特殊伤口环境。因此慢性糖尿病创面是一个重要的医疗保健挑战,而细胞的增值和迁移是促进于创面愈合的重要因素。西北大学范代娣教授团队设计了一种具有温度敏感形状的自适应行为的葡萄糖和MMP-9双响应水凝胶(CBP/GMs@Cel&INS),用于治疗慢性糖尿病创面。当水凝胶暴露于慢性糖尿病伤口时,温度敏感的自适应性确保了水凝胶按需提供快速流动性和弹性,以适应和保护伤口,同时葡萄糖和MMP-9双反应系统促进了胰岛素(INS)和抗炎药(Cel)的按需释放。相关文章以“Glucose and MMP-9 dual-responsive hydrogel with temperature sensitive self-adaptive shape and controlled drug release accelerates diabetic wound healing”发表于《Bioactive Materials》。

图例

  划痕结果显示,与对照组相比,水凝胶Ⅳ组在24h内的细胞迁移率增加了约30.83%,可能是由于水凝胶Ⅳ模拟ECM促进细胞粘附所致。在高葡萄糖浓度下,水凝胶IV孵育24小时内成纤维细胞迁移能力的有所增加。Cel对成纤维细胞迁移无显著影响,MMP-9+水凝胶IV组在24 h内小幅增加细胞迁移。MMP-9+葡萄糖+水凝胶Ⅳ组在24 h内细胞迁移增加是由于上述原因的协同作用,水凝胶Ⅳ在高浓度葡萄糖和MMP-9中降解更快,也促进了成纤维细胞的粘附和迁移。

  (4)角膜上皮的损伤可能导致不可逆的角膜混浊甚至失明。角膜上皮细胞的迁移率直接影响角膜的修复。华南理工大学任力教授团队研究了间充质干细胞(ADSCs)来源的外泌体(Exos)和miRNA 24-3p对角膜上皮细胞生物学特性的影响。结合Exos(抗炎、细胞增殖和迁移)和miRNA 24- 3p(细胞迁移)的优势,制备了miRNA 24-3p修饰的外泌体(Exos-miRNA 24-3p)用于角膜上皮创伤修复。此外,基于角膜碱烧伤的复杂性和严重性,该团队设计并开发了一种用二(乙二醇)甲基丙烯酸单甲醚酯(DEGMA)修饰的温敏透明质酸水凝胶,用于角膜上皮缺损愈合。研究人员在碱烧伤动物模型中评估了这种释放系统的功效,该递送系统为角膜上皮愈合和眼表疾病的治疗提供了有前景的治疗策略。相关文章以“MiRNA 24-3p-rich exosomes functionalized DEGMA-modified hyaluronic acid hydrogels for corneal epithelial healing”发表于《Bioactive Materials》。

图例

  研究人员通过不同浓度的Exos处理研究了Exos对RCECs(兔角膜上皮细胞)的生物学功能。处理12h和24h后,细胞迁移随着Exos浓度的增加而增加,在24h时,浓度为20μg/mL的Exos介导了RCECs迁移并引起的细胞伤口的完全闭合。细胞趋化性也代表了一种细胞迁移能力,研究人员在Transwell的下室中加入不同浓度的Exos,诱导上室中的RCECs通过。与细胞迁移的结果相同,随着Exos浓度的增加细胞的趋化性更加明显。


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