在这个显微镜载玻片的玻璃平台内，研究人员重建了两个与胰腺癌扩散有关的解剖结构。 普渡大学照片/约翰安德伍德

使胰腺癌如此致命的原因在于它的隐蔽性和快速传播。现在，由普渡大学工程师建造的“时间机器”已经展示了一种在癌症扩散到整个胰腺之前逆转癌症进程的方法。

“这些发现开辟了设计新基因疗法或药物的可能性，因为现在我们可以将癌细胞恢复到正常状态，”普渡大学机械工程教授兼普渡大学癌症研究中心项目负责人 Bumsoo Han 说。韩在生物医学工程方面有礼遇。

韩的实验室建造的时间机器是一种称为腺泡的胰腺结构的栩栩如生的复制品，它产生消化酶并将其分泌到小肠中。胰腺癌往往是从慢性炎症发展而来的，这种炎症发生在突变导致这些消化酶消化胰腺本身时。

如果有办法回到过去，重新编程产生这些酶的癌细胞，那么就有可能完全重置胰腺。

普渡大学的研究人员使用这种实验装置将胰腺癌细胞重新编程回正常状态。来源：普渡大学照片/约翰安德伍德

在过去的十年里，普渡大学生物科学系的名誉教授斯蒂芬·科涅茨尼（Stephen Konieczny）研究了一个潜在的重置按钮：一种名为 PTF1a 的基因。

“PTF1a 基因对于正常的胰腺发育绝对至关重要。如果你缺乏 PTF1a 基因，你就不会发育出胰腺，”Konieczny 说。“所以，我们的整个想法是，如果我们在胰腺癌细胞中重新打开 PTF1a 基因，会发生什么？我们会恢复癌症表型吗？事实上，这正是发生的事情。”

Konieczny 与 Han 的实验室合作，通过在真实的腺泡模型（时间机器）中测试这些发现，将分子生物学研究中的这些发现提升到一个新的水平。已发表的研究刊登在最近一期英国皇家化学会期刊Lab on a Chip的封面上。

研究人员通常会在动物模型中研究可能的胰腺癌治疗方法，但胰腺癌在动物身上发展可能需要几个月的时间。拥有一种在同样现实的微环境中研究癌症发展和治疗概念的方法将节省时间并让研究人员更好地控制模型。

机械工程教授 Bumsoo Han 建立了一个胰腺结构的真实模型，该模型充当“时间机器”来了解癌症并逆转其扩散。学分：普渡大学照片/约翰安德伍德

普渡大学研究人员开发的模型克服了准确捕捉腺泡解剖复杂性的重大挑战，腺泡是一个内衬细胞的圆形空腔。

“从工程的角度来看，创建这种三维空腔并非易事。所以，想办法建造这个空腔本身就是一项创新，”韩说。

Han 的实验室已经建立了另一个胰腺结构的真实模型，即导管，癌症从腺泡中生长出来后生长。研究人员利用这些知识开发了一种新技术，可以在两步“粘性指法”过程中构建导管和腺泡。

它是这样工作的：该模型是一个位于显微镜载玻片顶部的邮票大小的玻璃平台，有两个相互连接的腔室。将胶原蛋白溶液加载到一个腔室中会填充胰管的手指状形状，胰管会膨胀然后膨胀，从而在第二个腔室中形成腺泡的空腔结构。

将癌细胞放入腺泡室使模型更加逼真。Konieczny 的实验室对胰腺癌细胞系的 PTF1a 基因进行了改造，以在强力霉素（一种常用于抗生素的化合物）存在的情况下开启。一旦基因被激活，这些细胞就开始在 Han 的模型中构建腺泡的其余部分，这表明它们不再是癌性的，并且已经被重新编程。

“在这个模型中，不仅癌细胞被重新编程，而且我们第一次能够展示腺泡的正常三维结构，它看起来与我们在健康胰腺中看到的结构非常相似，”科涅茨尼说。

Han 的实验室目前正在根据这些发现进行实验，探索一种可能的基因疗法。

VMB300DIC微分干涉生物显微镜

参考文献：

Stephanie M. Venis、Hye-ran Moon、Yi Yang、Sagar M. Utturkar、Stephen F. Konieczny 和 Bumsoo Han 撰写的“通过诱导 PTF1a 表达对具有重编程癌细胞的功能性胰腺腺泡进行工程改造”，2021 年 8 月 9 日，实验室在芯片上。
DOI: 10.1039/D1LC00350J

这项研究得到了美国国立卫生研究院、Walther Embedding Program in Physical Sciences in Oncology 和普渡癌症研究中心的部分资助，该中心是美国仅有的七个国家癌症研究所基础实验室癌症中心之一。

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