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乳腺肿瘤固体应力调控癌旁脂肪组织细胞核形变及细胞命运转变

批准号:
12102142
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李一伟
依托单位:
学科分类:
多尺度力学生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李一伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
癌旁脂肪细胞被证实是促进乳腺肿瘤生长和恶性转移的重要帮凶,深入研究乳腺肿瘤与脂肪组织的相互作用对疾病防治和人口健康具有重大意义。现有的研究表明,肿瘤细胞和脂肪细胞间通过炎症反应和能量代谢相互影响,然后,肿瘤生长所带来的物理力学微环境的急剧变化确被研究者所忽视。本项目提出:乳腺肿瘤通过其生长产生的固体应力极大的改变脂肪细胞细胞核的力学特征,从而影响脂肪细胞的染色质结构,并最终重编程脂肪细胞。为了实现肿瘤生长应力的实时测量和脂肪细胞核形变的实时追踪,申请人将构建肿瘤脂肪共生的三位体外模型,开发活体细胞力学测量技术。本研究重点关注脂肪细胞核的形变,并结合分子生物学手证实肿瘤固体应力对脂肪细胞命运调控起着关键性作用。本项目预期揭示良性、恶性肿瘤对癌旁脂肪细胞不同的固体应力作用形式(张力、收缩力),为深入研究肿瘤多细胞组分力学微环境提供支撑平台,同时促进力学生物学及相关学科的发展和人才培养。
英文摘要
Adipocytes have been shown to be an important driver of the metastasis of mammary tumor. Investigation on the interplays between breast cancer cells and adipocytes benefits our disease prevention and healthcare system. The interaction between adipocytes and cancer cells is currently believed to be a reciprocal metabolic.adaptation. However, the dramatic changes in local mechanical microenvironment during tumor progression has been largely underappreciated. In this project, we propose that the solid stress generated by tumor growth largely alter the mechanical properties of nucleus within the surrounding adipocytes, which will further influence the chromatin structure and reprogram the adipocytes. To study the solid stress generated by mammary tumor and track the deformation of nucleus of adipocytes in real time, we propose to construct a tumor-adipose assembloid, which contains both the tumor part and adipose part in this 3D microtissue. We will further develop live cell mechanical measurements that can capture 4D informations in microtissue. Our study will emphasize on the large deformation of nucleus of adipocytes, and prove the hypothesis that the tumor-generated stresses will significantly change the cell fate of surrounding adipocytes. This project anticipate to reveal different forms of solid stresses that generated by begin and malignant tumors, provide a 3D ex vivo microtissue for the study of mechanobiology in multicomponent tumors, and further benefit for fundamental and translational researches in mechanobiology and cell mechanics.
肥胖和乳腺癌的发生发展紧密相关,而这种相关性不仅限于脂肪细胞的旁分泌调控。本项目围绕肿瘤微环境中力学因素对癌旁组织的影响,开展了三个方向的深入研究。.首先,项目成功构建了肿瘤-脂肪共生组装体模型。研究发现组装体的形成遵循Jelly-Pearl模型,融合动力学可用方程a³/R²描述(a为颈部半径,R为球体半径)。实验表明,在胶原环境中的特征融合速度比文献报道的慢2倍。通过Johnson-Kendall-Roberts理论分析发现,组装过程在界面产生压缩应力,这种应力通过弹性形变和粘性弛豫逐渐衰减。其次,项目揭示了肿瘤拓扑结构对脂肪细胞的影响机制。通过细胞模板生物矿化技术,成功制备了具有肿瘤细胞拓扑特征的功能材料。研究发现,恶性肿瘤细胞(MDA-MB-231)衍生的基质具有更粗糙的表面形貌,而良性肿瘤细胞(MCF-7)衍生的基质相对平坦。这种拓扑差异直接影响了脂肪细胞的重编程效率:在恶性肿瘤模拟基质上,15天内几乎所有脂肪细胞完成去分化;而在平坦基质上,仍有约30%的细胞保持成熟状态。第三,项目建立了一个可在蛋白质组水平识别内源性生物分子凝聚体的分析平台。通过结合体积压缩和蛋白质组学,申请人鉴定了1454种在内源表达条件下会发生相分离蛋白质,其中包括现有已知11种主要无膜细胞器的932种已知相分离蛋白质,以及522种未报道的相分离蛋白质。特别是在细胞体积挤压刺激过程中,成功识别了1215个力学响应的相分离蛋白质。项目开发的肿瘤模拟微粒在体内实验中展现出良好的治疗效果。通过皮下注射这些微粒,可以实现局部脂肪组织的重编程,显著提高胰岛素敏感性。在ob/ob小鼠模型中,单次注射可在一周内显著降低体重,效果可持续长达8周。本项目的研究成果不仅深化了对肿瘤微环境力学调控的认识,也为肿瘤治疗和代谢疾病防治提供了新思路。相关成果发表在Nature Chemistry、Nature Reviews Bioengineering等高水平期刊上,获得授权专利9项,并已进入产业化应用阶段。
小肠类器官中AXIN蛋白相分离介导的力学双向调控
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李一伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金