三维迁移癌细胞的形态动力学

细胞形状是与细胞功能直接相连的重要生物标志物。然而，细胞形态动力学，即细胞形状的时变波动，却鲜为人知。我们研究了 MDA-MB-231 细胞在 I 型胶原细胞外基质（ECM）中的形态动力学。我们发现 ECM 力学（由胶原浓度调节）控制形态动力学但不控制静态细胞形态。我们采用机器学习将细胞形状分类为对应于不同迁移模式的五种形态表型。由此，细胞形态动力学被映射为形态表型的时间演化。我们系统刻画了表型演化，包括发生概率、停留时间、转移通量和三维迁移特征。我们发现操纵 Rho 信号增强了形态动力学与表型转换。利用肿瘤类器官模型，我们展示了各表型的独特侵袭潜能调节了表型稳态。肿瘤类器官的总体侵袭由单个细胞搜寻并固守具有更高侵袭潜能的表型所促进。总之，我们表明三维迁移癌细胞展现出丰富的形态动力学，其受 ECM 力学、Rho 信号调控，并与细胞运动性密切相关。我们的结果铺平了将细胞形态动力学作为正常与恶性细胞新生物标志物的系统刻画与功能理解的道路。