瑞士联邦理工学院的研究人员与巴塞尔大学医院合作，正在研究膀胱癌的早期阶段。他们的研究结果表明，未来的研究还应该关注肿瘤组织的机械变化。

Dagmar Iber是巴塞尔ETH生物系统科学与工程系的计算生物学教授。她的研究小组结合实验室实验和计算机建模来研究细胞如何根据其所包含的遗传信息将自身组织成器官和其他复杂的三维组织结构。直到最近，他们的工作还没有涉及癌症研究。但当ETH董事会呼吁将基础研究和医学研究结合起来，针对健康相关领域的新课题时，一切都发生了变化。

为此，伊贝尔与巴塞尔大学医院的两位教授——泌尿科医生西里尔·伦奇（Cyrill Rentsch）和病理学家卢卡斯·布本多夫（Lukas Bubendorf）合作。他们试图了解是什么控制着膀胱肿瘤的生长方向。事实证明，他们的合作很可能为癌症研究提供了重要的新线索。

肿瘤类型是关键

膀胱肿瘤的生长方向对于其恶性或良性起着关键作用。反过来，这也决定了治疗过程和患者的生存机会。

膀胱癌最常见的形式之一是乳头状肿瘤。它具有细长的树枝状结构，从膀胱壁生长到膀胱腔中。它是一种相对良性的膀胱癌，可以通过微创手术将肿瘤从膀胱壁上刮除，从而得到有效治疗。

更难治疗的是医生所说的肌肉浸润性膀胱癌，其中肿瘤不生长到膀胱腔，而是生长到膀胱壁的更深层。进入这些更深层的血管和淋巴管有助于形成转移瘤，然后转移到全身。在这种情况下，预后就不太理想了；通常，必须通过手术切除整个膀胱。众所周知，这两种癌症在遗传上有所不同。然而，这些差异并不能解释为什么一种癌症类型会生长到膀胱壁的内层，而另一种癌症类型会生长到膀胱腔。

该团队最初的灵感来自于他们对肺部发育的研究。 “乳头状膀胱肿瘤的树状分支与肺部细支气管的微小分支有一些相似之处，”伊伯解释道。这让他们想知道是否相似的分子机制可能负责创建这两​​种结构。但随后的研究表明情况并非如此。 “事实证明，肺组织形成的分子驱动因素与膀胱癌发展的分子驱动因素有很大不同，”伊伯说。

机械而非生物化学

当谈到肺组织时，生化机制决定了新分支的位置。然而，在膀胱癌中，乳头的出现似乎受到机械因素而非生化因素的影响。为了支持这一理论，巴塞尔的研究人员现在以预印本的形式发表了一项研究——在同行评审之前公开分享的研究论文的完整草稿。

要理解他们的理论，有助于可视化膀胱壁的结构。该壁是柔性的并且具有许多褶皱，使膀胱能够根据其必须容纳的尿液量来扩张和收缩。三层组织在这里发挥着重要作用。它们共同构成了膀胱壁的最内层，就像洋葱一样：首先是膀胱壁内侧的柔软上皮层；接下来是更硬的膜，提供机械稳定性；除此之外，还有一层较软的结缔组织。

基于计算机模型、肿瘤患者的活组织检查以及从小鼠实验中采集的组织样本，研究人员的理论认为，癌症的生长伴随着膀胱壁不同层相对硬度的变化。根据这些变化的程度，会形成不同形式的癌症。如果各层相对于彼此的刚度仅存在最小的变化，则钝的突出物可能从膀胱壁生长到膀胱的空腔中。这些可以形成乳头状肿瘤的基础。相反，如果相对硬度的变化更显着，则膀胱粘膜的表面保持光滑。相反，将上皮与周围结缔组织层分开的膜形成细皱纹和狭窄的褶皱。研究人员认为，这可能会导致组织损伤，从而促进恶性肿瘤向膀胱壁内层生长。

专注于早期阶段  

“病理学家描述了晚期膀胱癌患者膀胱壁硬度的变化，”Iber小组的博士生Franziska Lampart 解释道。巴塞尔的研究人员现在使用动物模型来研究膀胱癌的早期阶段。与ETH生物系统科学与工程系生物物理学教授Daniel Müller领导的小组合作，原子力显微镜揭示了膜层的局部软化，即使在早期阶段也是如此。“这支持了我们的观点，即单个膀胱壁层相对硬度的局部变化在膀胱癌的发展中发挥着重要作用，”兰帕特说。

这些发现很可能将癌症研究带向新的方向。目前，这项工作的大部分重点是抑制癌细胞的生长或杀死它们。“但我们的研究再次表明组织力学也很重要，”伊伯指出。细胞分泌蛋白质纤维和酶，影响和改变它们周围的细胞外基质。“癌症研究需要更密切地关注生物力学和影响它的化学信号通路，”伊伯说。“但这一调查仍处于起步阶段。”

除了与巴塞尔大学医院的临床医生进行建设性合作外，这个癌症研究项目还为Iber带来了新的见解。这些在她的发育生物学领域很可能被证明是无价的，组织力学也在其中发挥着作用。

原文链接：https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/03/a-new-direction-for-cancer-research.html