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。2021年3月22日；11(1):6529.
doi:10.1038/s41598-021-85640-5。

受限微环境中MDA-MB-231单细胞和双细胞侵袭的形态动力学特征

张兴健 1, 特雷弗·陈 1, 麦当杰 2
附属公司

受限微环境中MDA-MB-231单细胞和双细胞侵袭的形态动力学特征

张兴健等。 科学代表。 。

摘要

癌细胞转移是癌症相关死亡率的主要因素。在转移过程中，癌细胞表现出迁移表型，并通过致密细胞外基质中的孔隙侵入。然而，具有类似迁移表型的细胞的形态和亚细胞特征特征以及几何限制对细胞形态动力学的影响尚不清楚。在这里，我们研究了受限微环境中单细胞和双细胞（初始和简化的集体状态）形式中高度侵袭性MDA-MB-231细胞的表型。我们将表型相似的单细胞和双细胞分组，并描述相关的形态和亚细胞特征。我们进一步检测到快速迁移单细胞组中两种不同的迁移表型，波动和非波动。此外，我们还证明，通过几何约束侵入细胞后，细胞前缘形成的突起数量增加。最后，我们跟踪了不同程度的限制对突起形成的短期和长期影响。总的来说，我们的发现阐明了与不同的单细胞和细胞双重表型相关的潜在形态学和亚细胞特征，以及通过受限几何结构入侵对细胞行为的影响。

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数字

图1
图1
单个细胞的行为。(A类)散点图显示了宽通道中所有单元（N=195）的速度与圆度的关系。细胞被分成4个相似的组，G1-G4。(B类)速度用于比较组中的单元格。(C类)圆形度（左）和纵横比（右）用于比较组中的单元格。(D类，H（H）)G1细胞典型延时图像的比较(D类，左侧）和G3(D类，右侧）和G2之间(H（H），左）和G4(H（H），右侧）。帧间隔为40分钟，比例尺为20μm。(E类，我)G1细胞代表性图像的比较(E类，左侧）和G3(E类，右侧）和G2之间(E类，左）和G4(E类，右），相应的标准化1D肌动蛋白和线粒体剖面如下所示。比例尺为20μm。(F类，G公司)平均肌动蛋白(F类)和线粒体(G公司)轮廓用于比较G1（N=49）和G3（N=48）。(J型，K（K）)平均肌动蛋白(J型)和线粒体(K（K）)轮廓用于比较G2（N=49）和G4（N=48）。平均值的标准误差用作剖面图中的误差条。右侧的方框图是所选变量的统计比较，用于提取比较的轮廓之间的差异。
图2
图2
在最快的G1组中有两种不同的迁移表型。(A类)左上角：散点图中显示了宽通道中所有单元的速度与长度变化率关系（单元长度变化率的绝对值）。实心黑线是散点图的线性拟合。标题上显示了R和P值。R是皮尔逊相关系数。单元格根据组进行颜色编码。黑色箭头指向两种表型，波动型（高速，高长度变化率）和非波动型（高速，低长度变化率）。右上：概率图显示了最快组G1中细胞长度变化率的分布。左下：G1中细胞的速度与长度变化率。G1细胞被分为两个大小相等的亚组，G1-L（低速，N=25）和G1-H（高速，N=24）。右下：显示单元格的速度以比较两个子组。(B类)每个亚组中代表性细胞的延时图像（左：无波动；右：波动）显示了迁移过程中细胞形态的动态，左侧显示了细胞边界和细胞长度的相应量化。虚线曲线表示单元格随时间变化的前缘和后缘。红色曲线表示细胞长度动态。箭头引导拉伸-收缩循环的可视化。绿色箭头表示细胞收缩，橙色箭头表示细胞伸长。帧间隔为20分钟，比例尺=20μm。(C类)平均肌动蛋白（左上）和线粒体（左下）图谱用于比较G1-L和G1-H。平均值的标准误差用作图谱中的误差条。右侧的方框图是所选变量的统计比较，用于提取比较的轮廓之间的差异。
图3
图3
细胞加倍的行为。(A类)散点图显示了宽通道中所有单元偶极子（N=46）的速度与圆度关系。这些单元被分为4个类似的组，即DG1-DG4。(B类)速度用于比较组中的单元格。(C类)圆形度（左）和纵横比（右）用于比较组中的单元格。(D类，H（H）)DG1与DG1典型细胞延时图像的比较(D类，左）和DG3(D类，右）和DG2之间(H（H），左）和DG4(H（H），右侧）。帧间隔为40分钟，比例尺为20μm。(E类，我)DG1与DG1典型细胞图像的比较(E类，左）和DG3(E类，右）和DG2之间(E类，左）和DG4(E类，右），相应的标准化1D肌动蛋白和线粒体剖面如下所示。比例尺为20μm。(F类，G公司)平均肌动蛋白(F类)和线粒体(G公司)轮廓用于比较DG1（N=12）和DG3（N=13）。(J型，K（K）)平均肌动蛋白(J型)和线粒体(K（K）)配置文件用于在DG2（N=11）和DG4（N=11）之间进行比较。平均值的标准误差用作剖面图中的误差条。右侧的方框图是所选变量的统计比较，用于提取比较的轮廓之间的差异。
图4
图4
几何限制对癌细胞突起形成的影响。(A类)圆形度（上部）和长宽比（下部）用于比较宽（W，N=195）、短收缩通道（S，N=50）和长收缩通道（L，N=32）中的细胞。(B类)典型的细胞图像显示，从入侵前到入侵后，细胞通过短（左）或长（右）收缩通道迁移时，前缘形成细胞突起。箭头指示突出部分。比例尺=20μm。(C类)随着时间的推移，具有1个或2个突起的细胞的组成用于显示突起动力学。细胞根据每个时间点的前缘突出数进行分类。上部是通过短收缩通道迁移的细胞，下部是通过长收缩通道迁移细胞。图例显示了单元突出数的类别。每个条形图上方的N号是每个时间点使用的样本号。y轴是具有相应前缘突出数的单元格的百分比。分别比较侵袭后和侵袭前各时间点的突起成分。
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