控制肿瘤细胞生长：骨基质的矿化调节

肿瘤细胞往往像不稳定的休眠特工，常常在遥远的组织中休眠多年，然后重新激活并形成转移瘤。为了理解为何这种活化会发生，研究人员从细胞、分子以及所谓的组织微环境中的其他组分等多个角度进行了探究。

骨基质的矿化与肿瘤细胞生长

现在，康奈尔大学的一个跨学科团队发现了调节肿瘤在骨骼中生长的新机制，而骨骼是乳腺癌转移的主要部位：骨基质的矿化，这是一个由有机和无机成分组成的纤维网，决定了骨骼的独特生化和生物力学特性。

这个团队的论文名为《骨基质矿化抑制整合素介导的力信号传导和乳腺癌的转移进展》，于8月7日发表在《自然生物医学工程》杂志上。共同主笔是研究副研究员Siyoung Choi和博士生Matthew Whitman。

这个项目是联合通讯作者Claudia Fischbach和Lara Estroff之间的最新合作，前者是生物医学工程的Stanley Bryer 1946教授，后者是工业化学的Herbert Fisk Johnson教授。两位教授已经合作十多年，探索乳腺癌向骨骼转移的扩散过程。

Fischbach实验室将生物材料与细胞和组织工程方法相结合，以了解组织微环境如何在不同情境下调控癌症，而Estroff的研究小组专注于生物矿化-生物生物体如何控制其组织中晶体的生长。

Fischbach表示：“我们知道癌细胞就像需要适合生长的土壤的种子，我们非常关注细胞外基质，基本上是连接细胞之间并将一切固定在一起的材料，如何影响肿瘤的生长。”

骨基质矿化与癌症转移的关系

在生理矿化过程中，骨矿物质颗粒被沉积在和周围胶原I型纤维中。这个过程是自然发生的，对于骨骼健康是必要的，但随着年龄的增长会减少-例如，由于女性绝经时的激素变化。它也可能由饮食变化或化疗引起。

降低骨健康与肿瘤细胞行为之间的关系已经得到了充分证实。例如，骨矿物密度的降低与骨转移的风险增加相关，而不完全的骨折愈合已被证明会增强骨转移。然而，迄今为止还没有人能够确定骨基质矿化在这一过程中起到了什么具体作用。

Fischbach说：“如果没有模型系统，你无法研究其中的一些关联，你需要能够以一种明确定义的方式控制骨基质特性。”

研究方法与发现

研究人员通过将有机和无机基质成分（包括胶原蛋白和骨矿物羟基磷灰石）结合在一起，以模仿生理和病理矿化的方式，成功地创建了这样的系统。Estroff负责领导不同骨基质模型的材料合成和表征技术，该团队随后在体外和小鼠模型中研究了肿瘤细胞的行为。

在这两种情况下，骨矿物质的存在减少了肿瘤细胞的生长。矿物质的存在还导致肿瘤细胞促进与患者预后较好相关的基因。这些发现表明健康的骨基质可以降低乳腺癌骨骼转移的风险。

分子机制的解析与展望

研究中的合著作者Matthew Paszek（化学与生物分子工程学院副教授）和Olivier Elemento（英格兰医学研究所精准医学研究所主任）帮助阐明了骨基质是如何调节细胞力信号传导的，并将潜在的分子机制与患者数据联系起来。

Fischbach表示：“这项研究首次基本上显示了矿物颗粒和胶原之间的生理相互作用可能能够抑制已经扩散到骨骼的肿瘤细胞的活化。现在，我们广泛关注其他细胞类型如何受不同骨基质矿化的影响。以及骨基质依赖的行为变化如何调节肿瘤细胞？”

结论：骨基质矿化的新视角

研究合著者还包括博士生Adrian Shimpi和Nicole Sempertegui；Matthew Paszek，化学与生物分子工程学院副教授；Olivier Elemento，精准医学研究所主任以及康奈尔医学院的生理学与生物物理学以及计算生物医学学院的计算基因组学教授。这项研究得到了人类前沿科学计划、国家癌症研究所、国立卫生研究院、康奈尔大学干细胞项目以及国家科学基金会的支持。

研究人员利用了康奈尔材料研究中心，该中心得到了国家科学基金会MRSEC计划的支持；康奈尔纳米尺度设施，该设施是由国家纳米技术协调基础设施支持的成员；以及康奈尔生物技术资源中心。

结语：解开骨基质矿化的秘密

这项研究不仅为我们理解肿瘤细胞在骨骼中生长的机制提供了新的视角，还为未来研究肿瘤的转移和治疗提供了有力的依据。通过揭示骨基质矿化在抑制肿瘤细胞活化和扩散过程中的作用，我们或许可以开发出更有效的治疗策略，以减少乳腺癌等肿瘤在骨骼中的转移风险，为患者的健康带来更大的希望。

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