为了使癌细胞转移，它们必须首先摆脱肿瘤自身的防御。大多数肿瘤都被包裹在保护性“基底”膜中，该膜是一种柔软的薄膜，可在癌细胞生长和分裂时将其固定在适当的位置。在扩散到身体的其他部位之前，细胞必须穿透基底膜，这种物质本身对于科学家来说很难分辨。

现在，麻省理工学院的工程师们对乳腺癌肿瘤的基底膜进行了研究，发现这种看似细腻的涂层像保鲜膜一样坚韧，但是却像气球一样具有弹性，能够膨胀到其原始尺寸的两倍。研究小组发现，基底膜随着膨胀不仅不会变软，反而会变硬。

这种坚硬而又富有弹性的特性可能有助于基底膜控制肿瘤的生长方式。膜在扩张时似乎变硬的事实表明，它们可能至少在一定程度上限制了肿瘤的生长和扩散或转移的潜力。

这项发现发表在本周的《PNAS》上，这可能为预防肿瘤转移开辟了一条新途径。

该研究的主要作者, 麻省理工学院机械工程系副教授Ming Guo说：“现在我们可以考虑添加新材料或药物的方法，以进一步增强这种增强作用，并增加膜的韧性以防止癌细胞突破。”

基底膜不仅包裹癌细胞，而且包裹健康的组织和器官。该膜是可以作为物理支撑，将组织和器官固定在适当的位置，并有助于塑造其几何形状，同时还使它们保持分离和独特。

Guo的研究小组专门研究细胞力学，重点研究癌细胞的行为以及促使肿瘤转移的过程。研究人员一直在研究这些细胞在体内迁移时如何与周围环境相互作用。

为了测量膜的性能，科学家采用了原子力显微镜（AFM）微型机械探针轻轻推动膜表面。使表面变形所需的力可以使研究人员了解材料的抵抗力或弹性。但是，由于基底膜非常薄且难以与下面的组织分离，因此从AFM测量中很难知道除下面的组织以外，膜的阻力来自于什么地方。

相反，研究小组使用了一种类似于吹气球的简单技术来隔离膜并测量其弹性。他们首先培养了人类乳腺癌细胞，该细胞自然分泌蛋白质，在称为肿瘤球体的细胞群周围形成膜。他们长出了几个大小不同的球体，并在每个肿瘤中插入了玻璃微针。他们在受控压力下向肿瘤注入液体，使膜从细胞上脱离并像气球一样膨胀。

研究人员施加各种恒定压力使膜膨胀，直到膜达到稳态或不再膨胀，然后关闭压力。当他们给每个球体充气时，研究人员观察到，尽管基膜的充气和放气能力表明它通常像气球一样具有弹性，但这种行为的更具体细节却有所不同。 “通常，一旦气球的半径增加约38％，就无需再用力吹气了。只要保持压力，气球就会急剧膨胀。”在由线性弹性材料制成的气球中可以看到这种现象，即“卡扣不稳定性”，这意味着它们的固有弹性或刚度不会随着变形或膨胀而改变。但是，根据他们的测量结果，研究人员发现，基底膜在膨胀时变得更硬，或更具有抵抗力，这表明该材料具有非线性弹性，并且能够随着变形而改变其刚度。

该小组计划测量在癌症发展的不同阶段的膜的特性，以及在健康组织和器官周围的行为。他们还在探索改变膜的弹性的方法，以查看使其变硬是否可以防止癌细胞恶化。

资讯出处：Membrane around tumors may be key to preventing metastasis

原始出处：Hui Li el al., "Nonlinear elasticity of biological basement membrane revealed by rapid inflation and deflation," PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2022422118

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