利用三维微纳米支架技术研究肿瘤细胞侵袭组织的动态形变行为

One of the main reasons of cancer remaining a deadly disease is its capability to move within the body. The process of cancer cells that can enter the circulation system and form new tumors in distal parts of the body is called metastasis. Most cancer-related deaths are metastasis related. While most of the anticancer treatments aim to suppress the proliferation of cancer cells, they are ineffective to control the spread of cancer. Recently, researchers are concentrating efforts to study the mechanism of metastasis and discover new drugs for curing this deadly disease..To address these issues, this application aims at investigating the metastasis behavior of cancer cells using a micro- nano-engineered 3D scaffolds with controlled architectures. This lab-on-a-chip device will be fabricated using a two-photon polymerization technique, which will contain microfluidic channels and automatic therapeutics dispenser designs. Therapeutics will be flowed in through computer control and treat the cancer cells via the microfluidic channels. The metastasis behavior will be monitored under the influence of drug/gene combined therapy in vitro using PLA-PEG based nanocarriers and thus providing useful information to the researchers for anti-metastasis drug discovery. The cells morphology and the deformation process will be real time monitored by a confocal microscope.

癌症作为一个致命疾病的原因是癌细胞会转移进入体循环系统并在身体其他部位生成肿瘤。许多癌症相关的死亡都是由于转移引起的。尽管有许多能够治疗癌症的药物，但是它们主要是抑制癌症生长，并不能控制癌症的转移。本项目将开发可调控的微纳米3D生物相容性支架，模拟癌细胞在穿越血管壁时的细胞微动力学，并通过这个支架在显微镜下实时观测癌细胞的转移行为。同时我们将合成新的生物纳米载药体PEG-PLA，并在其表面修饰目标基因，这个药物/基因联合治疗体系将达到抑制癌细胞增长的同时限制癌细胞转移的目的。.在不同药物作用下研究药物的作用成效。致力于解决癌细胞转移的问题。因此本项目成果，从制药学方面，开发新型载药体系；从工程学方面，开发测试支架，研究细胞微动力学，并揭示癌细胞的转移机制；从生物学方面，抑制癌细胞的增长限制癌细胞的转移，多重手段控制癌症；从公共健康的方面，为抗癌斗争做出巨大贡献具有重大的社会意义。

癌症的高致死率，源于原发性肿瘤中癌细胞的向外传播，以及游离癌细胞向器官末梢的浸润。近年来的研究表明，超过九成的癌症相关患者的死亡原因与其体内癌细胞转移有着十分密切的联系。揭示癌细胞转移时的细胞动力学，对于开发抑癌药物，评估药物疗效具有重要意义。.本项目研究并建立了一种可调控3D微纳米生物相容性支架，用于模拟癌细胞穿越血管壁时的微动力学研究；开展了新型生物纳米载药体PEG-PLA的合成、优化与生物学效应研究，实现了基因药物的有效包载与运输；通过药物/基因联合治疗体系，实现了癌细胞增长抑制以及癌细胞转移抑。结果表明，1）激光的强度对于聚合反应的程度影响甚大。在相同的扫描速度上，采用更高的激光强度可以得到更加结实的结构。我们调节激光强度，扫描速度以及运行参数（如光学模式和切片分辨率），最终能够获得预期机械强度和具有形变能力的3D 微支架。2）具有两亲性的嵌段聚合物适用于化疗药物以及基因的包载。该聚合物由聚乳酸、聚乙二醇为主体，具有良好的生物相容性和较低的潜在生物毒性。后期通过分子结构的修饰，引入了正电基团，因此赋予了此种嵌段聚合物同步运载疏水性抗癌药物和基因的潜质。3）癌细胞转移过程中核套膜和细胞骨架发生变化。在纳米药物处理过后，癌细胞的行为明显发生变化，我们使用共聚焦显微镜，记录了细胞在通过3D支架下的情况。.以上研究成果，在本领域重要学术期刊发表SCI收录论文14篇，相关研究课题培养博士研究生1名。本项目所构建的3D微纳米生物相容性支架为癌细胞的转移过程提供了一种精细, 直观，定量化的研究策略，对于揭示癌细胞的细胞动力学基础以及评价纳米药物的治疗效果具有重要的学术价值。