基于靶器官力学性质特异性的肿瘤细胞捕获和粘附的血流动力学研究

微循环内肿瘤细胞的捕获和粘附具有靶器官特异性，即特定类型的肿瘤细胞一般只在特定的器官捕获和粘附。这是否与器官或组织自身所特有的力学性质有关？为此，本项目以不同基质力学条件下肿瘤细胞的捕获和粘附为研究对象，确定血流动力学、内皮细胞、白细胞和细胞因子等对其的影响。本项目要回答：1）基质力学是否参与调控肿瘤细胞的捕获和粘附，其规律如何？2)特定基质力学条件下，血流动力学是否参与调控肿瘤细胞的捕获和粘附，规律又如何？并验证提出的假说：在靶器官或组织特异性力学环境下，内皮细胞和血流动力学将参与不同类型肿瘤细胞粘附分子的特异性表达和作用的调控，以利肿瘤细胞捕获和粘附。特异性表达的粘附分子同时又参与细胞对力学信号(基质力学、血流动力学)的响应，介导内皮细胞对肿瘤细胞的捕获和粘附(即相同血流动力学条件下特定力学性质的基质对特定肿瘤细胞的捕获和粘附具有明显优势)，从而使得肿瘤细胞捕获和粘附具有靶器官特异性。

具有靶器官特异性的恶性肿瘤转移病灶蔓延是造成癌症患者死亡的重要原因。研究发现，微循环内肿瘤细胞的靶向捕获和粘附行为在肿瘤的靶器官特异性转移过程中起着决定性的作用。为弄清这一机制，科学界在血管及血管内皮细胞、剪切力和趋化因子等因素对肿瘤细胞捕获和粘附的生理和病理反应方面做了大量的工作。反之，在器官或组织的基质力学特异性与肿瘤细胞捕获和粘附的靶器官特异性方面的研究文献较少。为此，我们提出了提出如下假设：器官或组织的特异性力学性质可能在肿瘤细胞的靶器官特异性捕获和粘附行为中起着重要调控作用。该理论的解释如下：在靶器官或组织的特异性力学环境下，血管内皮细胞和血流动力学将参与不同类型肿瘤细胞粘附分子的特异性表达和作用的调控，以利肿瘤细胞的捕获和粘附。特异性表达的粘附分子同时又参与了细胞对力学信号（基质力学、血流动力学等）的响应，介导内皮细胞对肿瘤细胞的捕获和粘附（即相同血流动力学条件下特定力学性质的基质对特定肿瘤细胞的捕获和粘附具有明显优势），从而使得肿瘤细胞的捕获和粘附具有靶器官特异性。同时，由于器官或组织的力学微环境可能又受到生化或病理因素等影响存在个体差异，这就使得同种类型肿瘤转移又有个体性的器官差异。我们认为，不同的器官或组织具有的自身特有的力学性质（特异性）是引发微循环内肿瘤细胞捕获和粘附的器官特异性的一个很关键的因素。采用聚丙烯酰胺凝胶膜模拟体内不同器官或组织的基质力学特性及体外实验测试的方法，我们发现体外肿瘤细胞的捕获和粘附呈基质力学性状依赖的二相性，证实了器官或组织特有的力学性质调控血流环境下肿瘤细胞捕获和粘附的这一靶器官特异性现象确实存在，并且可能是引发肿瘤器官特异性转移的一个非常重要的原因。同时，剪切力、内皮细胞和粘附分子等因素参与了这一过程的调控。