上海
图1. 力学异质性纳米纤维水凝胶驱动肿瘤细胞聚集和集体迁移示意图。
肿瘤转移是癌症患者死亡的主要原因之一。多细胞簇介导的集体迁移比单细胞迁移具有更强的存活和远端定植能力，是肿瘤高效转移的重要方式。然而，肿瘤细胞簇如何在原发灶中形成，并进一步获得集体迁移能力，仍缺乏明确机制。
肿瘤细胞簇的形成和集体迁移受肿瘤细胞外基质（ECM）调控。恶性肿瘤中胶原蛋白和纤连蛋白的异常沉积可显著重构ECM网络，导致局部基质硬化，并形成空间异质性的力学微环境。肿瘤细胞通过感知ECM的力学线索，动态调控其迁移行为。然而，大多数现有体外模型仍将ECM简化为均一基质或规则线性梯度结构，忽略了天然肿瘤组织广泛存在的不规则纳米纤维拓扑和微尺度机械异质性。由于缺乏这些关键微环境特征，现有模型难以准确模拟真实肿瘤ECM对细胞集体行为的调控作用，从而限制了对肿瘤细胞簇形成与集体迁移机制的深入解析。
针对这一问题，大连理工大学生物工程学院韩璐璐教授和贾凌云教授团队构建了一种纤维素纳米纤维复合水凝胶（ CFB ），以模拟肿瘤 ECM 中非均匀的纳米纤维拓扑结构及细胞尺度力学异质性。与传统均质合成水凝胶和商业化基底膜提取物不同， CFB 具有高达 16 倍的局部刚度变化，能够更真实地重现肿瘤 ECM 中的微尺度力学差异。利用该模型，研究发现肿瘤细胞可感知局部力学异质性，并通过激活 Piezo1 介导的机械转导信号，促进细胞聚集和集体迁移（图 1 ）。进一步研究表明， CFB 衍生的肿瘤细胞簇具有更强的转移相关表型和化疗耐药性，体内实验也证实其具有增强的转移潜能（图 2 ）。该研究揭示了 ECM 力学异质性在驱动肿瘤细胞簇形成和集体侵袭中的关键作用，也为构建工程化肿瘤模型、研究转移机制及筛选治疗策略提供了有价值的平台。
图2. CFB中形成的肿瘤细胞簇在体内表现出增强的转移能力。
作者简介：
文章第一作者为博士研究生宋海圆。
韩璐璐教授：大连理工大学生物工程学院教授、博士生导师，国家级青年人才。研究工作主要聚焦于具有仿生微纳结构和生物活性的生物材料的构建，开发循环肿瘤细胞的捕获和体外类器官培养新技术，为恶性肿瘤的早期诊断和个体化精准治疗提供理论和技术支撑。科研成果在ACS Nano、Advanced Science、Biomaterials、Small等期国际高质量期刊上发表SCI论文40余篇；获授权发明专利10项，成果转化1项；作为负责人主持3项国家自然科学基金项目、辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才项目及大连市重大科技成果转化专项等省部级项目10余项。
贾凌云教授：教育部“智能生物制造”重点实验室主任，辽宁省分子识别与成像重点实验室主任，大连市血液净化吸附材料工程实验室主任，中国生物材料学会专业分会候任主任委员。国家宝钢优秀教师，国家一流课程负责人，2007年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，辽宁省科技创新领军人。贾凌云教授是我国高选择性血液净化吸附材料领域的开拓者和领军者，25年来带领研发团队专注于治疗疑难病症高选择性血液净化材料研究及产品开发，提出了精准血液净化治疗的理念和思路。近年来，主持国家“十三五”重点研发项目、国家自然科学基金区域联合重点项目、国家“863”项目、国家自然科学基金面上等省部级项目20余项，发表学术论文110余篇，获得中国发明专利授权24项，成果转化10余项。
论文信息：
Haiyuan Song, Zhenhua Chao, Qian Guo, Yan Qi, Yixin Zhang, Xinlian Wang, Jiashuai Xu, Yue Liu, Weizhou Qiao, Lingyun Jia*, Lulu Han*.Mechanically heterogeneous nanofibrous hydrogel drives Piezo1-mediated cell aggregation and collective migration. Acta Biomaterialia, 2026.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2026.06.018
该研究获得国家自然科学基金项目（52173116）、中央高校基本科研业务费专项资金（DUT24YG122）和大连市生命健康领域“医工交叉”联合重点项目（2024ZDJH01PT010）的支持。
来源：Acta Biomaterialia
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