癌癥是目前人類健康的主要殺手之一。惡性腫瘤組織內部松散，一些細胞很容易逃逸出來，滲透進入血液循環從而轉移到其他器官甚至遍布全身組織，并在新位點處形成新的腫瘤，這也就是談之色變的癌癥轉移。當前的抗癌療法主要目標還是除去癌細胞，如*性手術切除腫瘤、放療和化療等，均可破壞惡性腫瘤及其生長微環境，不過，這些治療方案都需要面對腫瘤轉移和復發的問題。在腫瘤轉移和復發過程中，占比非常小的腫瘤干細胞（Cancer Stem Cell，CSC）起到了非常重要的作用。

腫瘤轉移模型。圖片來源：Nature Materials

通常來說，腫瘤干細胞轉移與腫瘤位置、外界刺激、腫瘤生長微環境等有關。zui近，美國伊利諾伊大學香檳分校Kristopher A. Kilian教授領導的一個研究團隊在《Nature Materials》上發表文章，揭示腫瘤組織的界面幾何形狀也會誘導腫瘤干細胞的形成和富集，并影響其在腫瘤組織內的分布，進而影響腫瘤的轉移。（Interfacial geometry dictates cancer cell tumorigenicity. Nature Mater., 2016, DOI: 10.1038/nmat4610）

基質模型截面。圖片來源：Nature Materials

研究者采用不同彈性的改性聚丙烯酰胺凝膠，通過軟光刻技術制備具有不同大小和形狀的二維和三維圖案化微環境，用于培養黑色素瘤細胞。由于組織內部的細胞粘附可以調節組織的周長應力，他們設計了可以改變曲率及周長面積比的直線和圓環形貌。研究發現在圓環的外凸面曲率區域相比于內部凹入區域有更高的腫瘤干細胞標記物表達。他們設計了一系列的圖案，包括邊緣、凹凸區域等，研究腫瘤細胞群的周邊界面因素的組合是如何指導細胞形成組織和表達腫瘤干細胞的標記物。結果顯示，在所有的幾何形狀中，不同于正常的干細胞多分布在柔軟、濕潤的組織內部位置，表達腫瘤干細胞標志物的細胞多分布在圖案化腫瘤微環境的邊緣或外圍附近，尤其是位于其凸面和轉角處。

不同界面幾何圖案影響腫瘤干細胞標志物的表達。圖片來源：Nature Materials

研究人員也對螺旋圖案凝膠基質模型中的腫瘤干細胞開展了全基因組表達分析，結果表明界面幾何圖案可以通過調節integrinα5β1、MAPK和STAT等細胞信號蛋白的活性來調控腫瘤干細胞的形狀和粘附。創傷修復和Boyden小室入侵檢測實驗均表明培養在3D螺旋圖案基質中的細胞，其遷移和侵襲能力更強，具有更強的腫瘤轉移潛能和致瘤性。研究人員隨后在小鼠模型中開展了皮膚癌干細胞的測試研究，結果表明從模型環境中獲取的細胞比從正常培養皿中獲取的細胞更容易導致皮膚腫瘤的形成。

腫瘤干細胞轉移和侵襲及小鼠模型致瘤性對比。圖片來源：Nature Materials

隨后研究人員對肺癌和前列腺癌等多種癌細胞系進行了類似研究，不同種類的腫瘤干細胞均對圖案化微環境產生了相似的響應。

界面幾何形狀在腫瘤轉移過程中發揮了激活干細胞樣細胞的*作用，這一發現有助于在活檢和腫瘤切除手術中指導腫瘤微環境的臨床分析，在個性化治療領域中促進特定模型設計、開發和轉化的進步。