这项由伦敦帝国理工学院和伦敦癌症研究所领导的研究可以帮助我们更好地了解癌细胞是如何“决定”何时繁殖和扩散到哪里的。

我们还不知道为什么癌细胞的细胞膜电压会波动，但我们的发现……这为进一步的研究打开了大门，可以帮助我们更好地理解癌症信号网络和生长。

Amanda Foust博士

生物工程系

当细胞癌变时，它们会经历一系列的生物电变化。例如，细胞周围的细胞膜比健康的细胞膜带正电荷更多。

今天发表在《通讯生物学》杂志上的这项新研究发现，乳腺癌细胞的膜电压不仅高于健康细胞，而且随着时间的推移也会波动——乳腺癌细胞的行为很像神经元。

研究人员认为，这可能表明癌细胞之间的电子通信网络在未来可能成为破坏的目标，从而创造出可能的新治疗方法。

来自帝国理工学院生物工程系的联合第一作者阿曼达·福斯特博士说:“当健康细胞发生癌变时，它们所经历的变化可以帮助它们生长和扩散。例如，我们知道，某些控制细胞增殖的基因会关闭，导致细胞生长失控。”

“我们还不知道为什么癌细胞的膜电压会波动，但我们的发现和技术，由工程师和生物学家的激动人心的合作实现，为进一步的工作打开了大门，可以帮助我们更好地了解癌症信号网络和生长。”

测试网络

这是我们第一次在乳腺癌细胞内观察到如此快速的电活动波动。

Chris Bakal教授

伦敦癌症研究所的癌症形态动力学教授

为了测试电压，研究人员培养了八种乳腺癌细胞系和一种健康乳腺细胞系的细胞。然后，他们用显微镜记录了细胞膜的电压，显微镜最初是用来记录脑细胞中的电活动的，然后用机器学习对信号进行分类和描述。

出乎意料的是，他们发现了癌细胞细胞膜电压的波动。虽然还需要更多的研究，但研究人员怀疑“眨眼”和“挥手”的电信号可能是细胞之间交流的一种形式。

在电池间看到的电压波动波

他们添加了河豚毒素，这是一种有效的神经毒素，可以阻断钠通道，防止神经细胞产生电荷。先前的研究表明，癌细胞依赖这些钠通道变得更具侵袭性。

他们发现，与它对神经细胞的作用类似，河豚毒素可以抑制癌细胞的电压波动。研究人员表示，这可能预示着阻断癌细胞通讯和行为的新治疗途径。

伦敦癌症研究所的癌症形态动力学教授Chris Bakal说:“这是我们第一次观察到乳腺癌细胞内的电活动如此快速的波动。看起来乳腺癌细胞已经建立了一种电子语言。我们仍然不知道这种语言有多复杂，但它可以让癌细胞长距离传递有关附近营养物质或恶劣环境的信息，最终促进肿瘤存活。”

我们的研究表明，癌细胞之间隐藏的电信号网络可能在癌细胞行为中发挥关键作用

名誉教授Mustafa Djamgoz

生命科学系

为了进一步验证他们的发现，他们在健康细胞系中诱导癌症，然后再次记录。他们发现，一旦这些细胞癌变，细胞膜的电压也会波动。

电信号的水平因癌症类型而异。更具侵略性和不可治疗的癌细胞系具有更频繁的波动，信号有时表现为在细胞之间传播的波。

研究报告的合著者、帝国理工大学生命科学系名誉教授穆斯塔法·贾姆戈兹说:“在人体的所有细胞中，我们通常把‘易兴奋的’大脑或心脏细胞与电活动联系在一起。我们的研究表明，癌细胞之间隐藏的电信号网络可能在癌细胞行为中发挥关键作用，包括彼此之间的通信以及肿瘤内其他细胞之间的通信。我们已经知道，电活动促进了癌症的扩散，这是癌症死亡的主要原因。”

Bakal教授说:“我们认为这些网络甚至可能使癌细胞形成类似大脑的结构，使癌细胞像一台机器一样共同作用，而不是作为单个单元。”

细胞系的电压变化。上皮细胞=健康。其余的是不同类型的癌细胞系。

连接线索

癌细胞是随着电压以某种模式波动而自我克隆和繁殖，还是分裂侵入身体其他部位?我们是否可以利用这一知识在特定的波动阶段进行干预，以防止癌症扩散?

Amanda Foust博士

生物工程系

研究人员现在正致力于识别和解开细胞膜电压和癌细胞行为之间的潜在联系，看看它们是否可以被切断。

巴卡尔教授说:“如果你能阻止癌细胞相互交流，它们就会变得更容易治疗。这和战争没什么不同。如果你能阻止指挥官向前线士兵传递信息，战斗就会更容易获胜。”

福斯特博士说:“我们现在正在研究电压在癌细胞行为中的作用。癌细胞是随着电压以某种模式波动而自我克隆和繁殖，还是分裂侵入身体其他部位?我们是否可以利用这一知识在特定的波动阶段进行干预，以防止癌症扩散?这些都是我们希望通过持续的工作来回答的关键问题。”

这项研究由综合生物成像网络、皇家工程院、生物技术和生物研究委员会(BBRC, UKRI的一部分)、威康信托基金会、工程和物理科学研究委员会(EPSRC, UKRI的一部分)、英国癌症研究和英国癌症研究所资助。

“电压成像揭示人类乳腺癌细胞的动态电信号”，作者:Peter quick, Yilin Sun, Mar Arias-Garcia, Melina Beykou, Corey D. Acker, Mustafa B. A. Djamgoz, Chris Bakal和Amanda J. Foust。发表于2022年11月11日《通讯生物学》。

图片:Foust等。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。