开发出一种高速原子力显微镜的研究人员展示了如何对活乳腺癌细胞的物理特性进行成像，首次揭示了一种关键蛋白质的失活如何导致转移的细节。
普渡大学机械工程教授Arvind Raman说，这些新发现也为细胞对抗癌药物的反应机制提供了证据。
在原子力显微镜(AFM)中，一个被称为悬臂的微小振动探针穿过材料，精确地表征其形貌和物理特性。然而，在此之前，该程序太慢，无法记录一些快速变化的生物过程。
拉曼说:“在这一进展之前，你只能看到前后的变化，而不能看到两者之间发生的变化。”“基于这项工作和我们之前的发现，有证据表明耐药性可能存在机械特征。”
先进的模型允许研究人员将AFM数据转换为细胞内部支架的特性，称为皮质肌动蛋白细胞骨架，包括肌动蛋白纤维的运动。
研究结果详细发表在周一(6月29日)的研究期刊《自然出版集团》的开放获取期刊上。研究人员利用这项技术研究乳腺癌细胞，探测一种叫做脾酪氨酸激酶(Syk)的关键酶。
激酶引起蛋白质磷酸化，这是一个可以改变酶的生化过程，在广泛的细胞过程中起着重要作用。
“因此，如果你关闭激酶，蛋白质就会去磷酸化，然后就会发生变化，”普渡大学药物化学杰出教授罗伯特·l·吉伦说。“我们能够证明这种激酶的关闭非常迅速地改变了细胞的物理特性。因此，这无疑是由于磷酸化事件对细胞骨架蛋白产生了直接影响。”
这篇论文的作者是前博士生Alexander X. Cartagena-Rivera，他现在是美国国立卫生研究院耳聋和其他交流障碍研究所(NIDCD)的博士后;普渡大学博士后研究助理王文红;Geahlen;和拉曼。
研究人员将乳腺癌细胞暴露于一种化学“抑制剂”中，这种“抑制剂”阻断Syk的功能，使细胞自由转移。由于新的高速原子力显微镜，研究人员第一次能够观察到添加抑制剂时会发生什么。
加入抑制剂后，肌动蛋白带在细胞内传播，导致细胞形状改变。
拉曼说:“这大约需要10分钟，与许多生物过程相比，这是相当快的。”
这些图像可以以每帧约50秒的速度拍摄。
他说:“在我们这样做之前，拍摄一帧大约需要15到20分钟，这对于观察这种转变过程来说太慢了。”
肌动蛋白带在细胞内呈横扫式移动。
“你认为肌动蛋白是一个支架，但它是一个动态支架，”拉曼说。“我们可以看到肌动蛋白带在转变过程中四处移动并改变物理性质，这在以前是不被理解的。”
当Syk缺失或失活时，乳腺癌细胞会经历一种称为EMT的过程，即上皮-间质转化，使它们变得高度活跃并发生转移。
“如果这种激酶存在于细胞中，细胞就不能转移，所以我们一直在试图找出去除这种激酶的机制，从而使细胞变得高度活跃和转移，”隶属于普渡大学癌症研究中心的Geahlen说。“这就是我们研究这种特殊类型的癌细胞的原因之一，其中含有这种特殊形式的Syk。”
该研究的一个目标是将细胞的物理特性与肿瘤抑制和激酶对细胞的作用联系起来。
AFM技术的进步是由两项创新完成的:当悬臂扫描细胞时，它会根据被扫描材料的特性而发生不同的弯曲。用激光测量这种“偏转”，然后用模型转换数据，揭示材料成分的信息。先前的AFM显微镜研究活细胞的应用提供了振动悬臂的振幅和频率的反馈，而不是挠度。然而，这种方法需要很长时间才能提供活细胞内部快速变化过程的图像。而提供对偏转的反馈现在已被证明可以将成像速度提高10倍，使该方法用于研究细胞过程。
另一项创新是一项技术，可以使悬臂同时在两个频率上振动。
拉曼说:“在一次扫描中，我们可以绘制出细胞的局部物理特性，而且我们可以足够快地绘制出细胞变化的地图。”
