- 3 次围观
转移性播散始于肿瘤细胞对空间有序分布的生化与生物物理线索的识别与响应，而这些线索仍难以通过传统迁移实验加以重现。在本研究中，我们开发了一种由计算指导的芯片转移模型（metastasis-on-a-chip，MET-on-a-chip）平台，该平台基于最小功能单元（Minimally Functional Unit，MFU）的概念构建，即仅纳入回答特定实验问题所必需的生物学组分。该平台由两个相互独立的培养腔室组成，二者通过一组受限微通道阵列相连，从而在限制肿瘤细胞迁移的同时允许可溶性因子的扩散。 不同于依赖经验性优化的方法，本研究首先采用有限元 COMSOL 模拟来预测分子运输、确定生长因子加载条件、识别具有生物学相关性的暴露区域，并指导微流控实验的理性设计。随后，利用 70-kDa FITC-葡聚糖扩散实验和 VEGF 释放研究对计算预测进行了实验验证，证实了该微流控平台上稳定空间浓度梯度的形成。进一步的模拟表明，生长因子加载方式以及细胞相对于预测梯度的位置均对实验性能具有关键影响，从而通过对肿瘤腔室进行空间重构实现了平台优化。 利用优化后的构型，我们比较了神经母细胞瘤、尤文肉瘤和骨肉瘤细胞对血管性（VEGF-A165）和淋巴性（VEGF-C）趋化线索的迁移响应。VEGF-C 显著增强了尤文肉瘤和骨肉瘤细胞穿过微通道阵列的迁移，而 VEGF-A165 未产生显著影响。相较之下，神经母细胞瘤细胞在这两种条件下均表现出极低的迁移能力，揭示了不同肿瘤类型对 VEGF 信号响应存在特异性差异。 综上，这些发现建立了一种由计算指导的工作流程，用于芯片转移模型实验的理性设计，其中在进行生物学验证之前，预测性建模即已为实验设计提供依据。通过显著减少经验性反复试错，并实现对生长因子暴露的定量控制，该策略为开发最小功能化微生理系统提供了稳健框架，使其能够在实验明确定义的条件下解析转移级联过程中的各个独立步骤。
转移性播散始于肿瘤细胞对空间有序组织的生化和生物物理线索的解读，而这些线索仍然难以通过传统迁移实验进行重现。在本研究中，我们基于最小功能单元（Minimally Functional Unit, MFU）的概念，开发了一种计算引导的芯片转移模型（metastasis-on-a-chip, MET-on-a-chip）平台；该概念强调仅纳入回答特定实验问题所必需的生物学组分。该平台由两个相互独立的培养腔组成，二者通过一组受限微通道阵列相连，从而既允许可溶性因子的扩散，又限制肿瘤细胞的迁移。
与依赖经验性优化不同，我们首先采用有限元 COMSOL 模拟来预测分子转运、确定生长因子加载条件、识别具有生物学相关性的暴露区域，并指导微流控实验的合理设计。通过 70-kDa FITC-葡聚糖扩散实验和 VEGF 释放研究，对计算预测结果进行了实验验证，证实该微流控平台能够形成稳定的空间浓度梯度。模拟结果进一步表明，生长因子加载方式以及细胞相对于预测梯度的位置都会显著影响实验性能，从而通过对肿瘤隔室进行空间重构实现了平台优化。
利用优化后的构型，我们比较了神经母细胞瘤、尤文肉瘤和骨肉瘤细胞对血管性（VEGF-A165）和淋巴管性（VEGF-C）趋化线索的迁移响应。VEGF-C 显著增加了尤文肉瘤和骨肉瘤细胞穿过微通道阵列的迁移，而 VEGF-A165 未产生显著影响。相比之下，神经母细胞瘤细胞在这两种条件下均表现出极低的迁移，揭示了不同肿瘤在对 VEGF 信号响应方面存在肿瘤特异性差异。
综上，这些发现建立了一种计算引导的工作流程，用于芯片转移实验的合理设计，其中预测性建模在生物学验证之前即为实验设计提供指导。通过显著减少经验性的反复试错，同时实现对生长因子暴露的定量控制，该策略为开发最小功能微生理系统提供了稳健框架，使其能够在实验定义明确的条件下解析转移级联过程中的各个独立步骤。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.25.740695v1?rss=1
🏷️ 微流控芯片 肿瘤转移 趋化信号 有限元模拟 VEGF 肉瘤迁移