代谢饥饿引起的细胞膨胀驱动肿瘤中的固体压力

固体压力塑造肿瘤的生长、侵袭和治疗反应，但其物理起源和临床相关性仍不清楚。在这里，我们开发了一个机械-电渗透模型，整合了代谢梯度、离子运输和细胞力学，以解释肿瘤球体中残余固体压力的出现，肿瘤球体是固体肿瘤的常见模型。我们表明，固体压力主要源于由于代谢缺乏和离子积累驱动的渗透性细胞膨胀，而不是增殖。这一机制产生了特征性的压力结构：缺氧核心中的各向同性压缩与外周的切向张力相平衡，导致细胞和细胞核的明显变形。由此产生的核应变为DNA损伤和与疾病进展及治疗耐药性相关的基因组不稳定性提供了机械基础。我们在乳腺癌中验证了这些预测，使用MDA-MB-231肿瘤球体和患者来源的导管癌原位病变，并在已发表的肿瘤球体模型以及跨越其他癌症类型的体内和体外肿瘤中证实了这些预测。我们的发现将肿瘤代谢与临床相关的机械压力联系起来，提出了针对渗透和代谢途径来减轻固体压力并改善治疗结果的机会。