應(yīng)用微流控芯片仿生模型研究肺癌發(fā)生及轉(zhuǎn)移過程中肺癌細(xì)胞與成纖維細(xì)胞相互作用的分子機(jī)制.pdf

1、背景:
　　肺癌及其轉(zhuǎn)移涉及一系列復(fù)雜的病理過程，與其所處微環(huán)境密切相關(guān)。腫瘤微環(huán)境由腫瘤細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)共同構(gòu)成。肺癌細(xì)胞一方面依賴微環(huán)境促進(jìn)轉(zhuǎn)移，另一方面又對微環(huán)境產(chǎn)生影響。明確肺癌及轉(zhuǎn)移對微環(huán)境影響的分子機(jī)制，將有可能切斷“種子”改造“土壤”的路徑，為肺癌患者提供新的治療靶點(diǎn)。但現(xiàn)有關(guān)于腫瘤微環(huán)境的研究存在很大的局限性，單一的研究對象，二維、靜態(tài)、單一細(xì)胞培養(yǎng)模式的研究手段，難以真實(shí)模擬體內(nèi)肺癌微環(huán)境，其可靠性也有

2、待提高。因此，如果能夠構(gòu)建仿生肺模型，不但能更好地模擬體內(nèi)微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)肺癌轉(zhuǎn)移的全程再現(xiàn)，還將有利于我們準(zhǔn)確全面揭示肺癌轉(zhuǎn)移的本質(zhì)及其對微環(huán)境的影響，更重要的是有望取代傳統(tǒng)的動物實(shí)驗(yàn)，沖破倫理的限制，為醫(yī)學(xué)研究提供新的技術(shù)手段。發(fā)展中的微流控芯片組織工程技術(shù)能夠滿足上述要求，可望為仿生肺模型的構(gòu)建及進(jìn)一步的醫(yī)學(xué)研究提供可靠的技術(shù)支持，將成為研究肺癌與微環(huán)境相互作用的新的技術(shù)平臺。
　　目的：
　　本研究擬基于微流控芯片組織工

3、程技術(shù)構(gòu)建仿生肺癌模型，用于研究肺癌及轉(zhuǎn)移過程與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的分子機(jī)制，研究結(jié)果有望為控制肺癌的轉(zhuǎn)移及治療找到新的靶點(diǎn)，并進(jìn)一步探討微流控芯片組織工程技術(shù)在肺癌與微環(huán)境相關(guān)研究中的應(yīng)用價值。本研究分為以下三部分。
　　方法:
　　1.微流控芯片仿生肺癌模型的構(gòu)建
　　基于微流控芯片技術(shù)構(gòu)建仿生肺生理模型，進(jìn)行細(xì)胞的氣液雙相連續(xù)動態(tài)培養(yǎng)，模擬肺臟主要生理功能呼吸運(yùn)動及氣血交換;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建仿生肺癌

4、模型，再現(xiàn)肺癌發(fā)生及侵襲轉(zhuǎn)移過程，重建肺癌發(fā)生發(fā)展的腫瘤微環(huán)境，為后續(xù)肺癌與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響分子機(jī)制的研究提供了技術(shù)平臺。
　　2.應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子
　　應(yīng)用iTRAQ技術(shù)（同位素相對標(biāo)記與絕對定量技術(shù)）篩選肺癌細(xì)胞與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互作用前后差異表達(dá)蛋白;通過對候選蛋白進(jìn)行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、富集的KEGG通路統(tǒng)計、GO-BP富集圖信息等，進(jìn)一步篩選關(guān)鍵分子

5、;為明確肺癌及轉(zhuǎn)移過程中肺癌細(xì)胞與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子及可能機(jī)制提供依據(jù)。
　　3.肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子驗(yàn)證性研究
　　從微流控芯片仿生芯片平臺及常規(guī)平臺進(jìn)行驗(yàn)證，明確蛋白組學(xué)技術(shù)篩選出的PPARD、STC-1為代表的關(guān)鍵分子在肺癌與成纖維細(xì)胞相互作用中的功能，以期為微流控芯片技術(shù)和蛋白組學(xué)技術(shù)在腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域的研究開拓思路。
　　結(jié)果:
　　1.微流控芯片仿生肺癌模型

6、的構(gòu)建
　　成功構(gòu)建了微流控芯片仿生肺生理模型，實(shí)現(xiàn)了肺上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞的氣液雙相連續(xù)動態(tài)培養(yǎng)及巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞多種間質(zhì)細(xì)胞的共培養(yǎng)，通過細(xì)胞活性及功能分析，發(fā)現(xiàn)該芯片模型氣液雙相培養(yǎng)模式適宜細(xì)胞生長，模擬了呼吸節(jié)律、氣血交換等肺臟主要生理功能;在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了肺癌模型，實(shí)現(xiàn)了肺癌細(xì)胞從生長到侵襲轉(zhuǎn)移過程中不同階段的肺癌及成纖維細(xì)胞的特異性標(biāo)記物監(jiān)測，最大限度模擬了肺癌細(xì)胞發(fā)生發(fā)展的微環(huán)境，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　

7、2.應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子
　　應(yīng)用同位素相對標(biāo)記與絕對定量技術(shù)（iTRAQ技術(shù)）對肺癌細(xì)胞與成纖維細(xì)胞相互作用前后進(jìn)行了差異表達(dá)蛋白的分析定量;后蛋白互作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、富集的KEGG通路統(tǒng)計、GO-BP富集圖信息對候選蛋白進(jìn)行篩選;結(jié)合研究方向與肺癌轉(zhuǎn)移功能相關(guān)，在肺癌細(xì)胞中進(jìn)一步篩選出了PPARD、STC1、ICAM1、F13A1、KRT85、G6PD、RRM2、FLNB、DOCK1

8、、MAGED1，成纖維細(xì)胞中PPARD、UBA52、HIST1H2BD、MTHFD1、RPLP2、TUBB6、UBE2C、SORBS2、KRT1、CD2AP等關(guān)鍵分子，為明確肺癌及轉(zhuǎn)移過程中肺癌細(xì)胞與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子及可能機(jī)制提供依據(jù)。
　　3.肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子驗(yàn)證性研究
　　選取肺癌細(xì)胞中的關(guān)鍵分子PPARD、STC-1為代表，從微流控芯片仿生芯片平臺及常規(guī)平臺進(jìn)行驗(yàn)證及

9、干預(yù)研究，發(fā)現(xiàn)PPARD、STC-1能有效影響肺癌細(xì)胞上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化及侵襲能力，為后續(xù)其他相關(guān)關(guān)鍵分子的研究提供了技術(shù)手段，為微流控芯片技術(shù)和蛋白組學(xué)技術(shù)在腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域的研究開拓思路。
　　結(jié)論:
　　1.本研究成功構(gòu)建了微流控芯片仿生肺生理、肺癌模型，模擬了肺癌肺臟主要生理功能呼吸運(yùn)動及氣血交換，再現(xiàn)了肺癌生長及侵襲轉(zhuǎn)移過程，重建了肺癌發(fā)生發(fā)展的腫瘤微環(huán)境，為后續(xù)肺癌與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響分子機(jī)制的研究提供了技術(shù)

10、平臺。
　　2.應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選出了肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的可能關(guān)鍵分子，為后續(xù)分子機(jī)制驗(yàn)證研究提供了依據(jù)。
　　3.從微流控芯片仿生芯片平臺及常規(guī)平臺對肺癌及轉(zhuǎn)移與微環(huán)境中成纖維細(xì)胞相互影響的關(guān)鍵分子進(jìn)行驗(yàn)證性研究，發(fā)現(xiàn)PPARD、STC-1能有效影響肺癌細(xì)胞上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化及侵襲能力，有望成為肺癌治療新靶點(diǎn)。
　　4.為后續(xù)其他相關(guān)關(guān)鍵分子的研究提供了技術(shù)手段，為微流控芯片技術(shù)和蛋白組學(xué)技術(shù)在