众所周知，肿瘤细胞是善变的 "潜伏者"，它们往往在远处的组织中休眠数年，然后重新激活并形成转移。为了了解活化发生的原因，人们研究了从细胞和分子到所谓组织微环境中其他成分的众多因素。

 

现在，康奈尔大学的一个跨学科研究小组发现了一种调节乳腺癌转移的主要部位--骨骼中肿瘤生长的新机制：骨基质矿化，这是一种由有机和无机成分组成的纤维网，决定了我们骨骼独特的生物化学和生物力学特性。

 

研究小组的论文《骨基质矿化抑制整合素介导的机制信号和乳腺癌的转移进展》于8月7日发表在《自然-生物医学工程》上。论文的共同第一作者是副研究员 Siyoung Choi 和博士生 Matthew Whitman。

 

该项目是共同资深作者斯坦利-布赖尔-1946 生物医学工程学教授克劳迪娅-菲施巴赫（Claudia Fischbach）和赫伯特-菲斯克-约翰逊工业化学教授拉拉-埃斯特罗夫（Lara Estroff）的最新合作成果。

 

Fischbach 的实验室将生物材料与细胞和组织工程方法相结合，以了解组织微环境如何在不同情况下调节癌症，而 Estroff 的研究小组则专门研究生物矿化--生物有机体控制其组织中晶体生长的方式。

 

"菲施巴赫说："我们知道，癌细胞就像种子一样，需要合适的土壤才能生长，我们对细胞外基质如何影响肿瘤生长非常感兴趣。

 

在生理性矿化过程中，骨矿物质颗粒沉积在I型胶原纤维内部和周围。这一过程是自然发生的，是骨骼健康所必需的，但会随着年龄的增长而减少--例如，由于更年期妇女体内荷尔蒙的变化。饮食改变或化疗也可能导致这种情况。

骨骼健康下降与肿瘤细胞的行为之间的联系已得到证实。例如，骨矿物质密度的降低与骨转移风险的增加有关，而不完全的骨折愈合已被证明会促进骨转移。然而，没有人能够分离出骨基质矿化在这一过程中的具体作用。

 

"Fischbach说："除非你有模型系统，能以确定的方式控制骨基质的特性，否则你就无法研究这些联系。

 

研究人员将有机和无机基质成分（包括胶原蛋白和骨矿物质羟磷灰石）以模拟生理和病理矿化的方式结合在一起，从而创建了这种系统。Estroff领导了不同骨基质模型所需的材料合成和表征技术，研究小组随后利用这些模型首先在体外，然后通过小鼠模型在体内研究肿瘤细胞的行为。

 

在这两种情况下，骨矿物质的存在都能减少肿瘤细胞的生长。矿物质的存在还能使肿瘤细胞促进与改善患者预后相关的基因。这些发现表明，健康的骨基质可以降低乳腺癌骨骼转移的风险。

 

该研究的共同作者、史密斯化学与生物分子工程学院副教授马修-帕斯泽克（Matthew Paszek）和英格兰德精准医学研究所所长、生理学与生物物理学教授、威尔康奈尔医学院计算生物医学计算基因组学教授奥利维尔-埃利门托（Olivier Elemento）帮助阐明了骨基质如何调节细胞机械信号转导，并将潜在的分子机制与患者数据联系起来。

 

"Fischbach说："这项研究基本上首次表明，矿物质颗粒和胶原蛋白之间的生理性相互作用可能能够抑制扩散到骨骼的肿瘤细胞的活化。"现在，我们对其他细胞类型如何受到不同骨基质矿化的影响产生了广泛兴趣。它们的行为是如何受矿物质影响而发生变化的？

 

共同作者包括博士生Adrian Shimpi和Nicole Sempertegui、Aaron Chiou博士、Joseph Druso博士、Akanksha Verma博士、校友Stephanie Lux和Zhu Cheng博士。

More information: Siyoung Choi et al, Bone-matrix mineralization dampens integrin-mediated mechanosignalling and metastatic progression in breast cancer, Nature Biomedical Engineering (2023). DOI: 10.1038/s41551-023-01077-3