巨噬細胞是一種可以摧毀入侵病原體的白細胞，具有滲透腫瘤細胞的先天能力，這使它們成為利用移植細胞對抗疾病的治療中潛在的重要工具，即細胞療法。在實驗室中，巨噬細胞在治療癌癥方面顯示出很大的希望，但到目前為止，臨床試驗令人失望，生物學家正在試圖找出原因。

但如果這不是生物學問題呢?

在最近的一篇論文中，來自哈佛大學John a . Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員從工程的角度探討了巨噬細胞在臨床試驗中的失敗。

該研究小組由SEAS的Hiller生物工程教授和Hansjorg Wyss生物工程教授Samir Mitragotri領導，他們首先研究了可能阻止巨噬細胞到達目標的物理障礙。

通過結合顯微鏡和機器學習，研究小組發現巨噬細胞的一種特定表型比其他巨噬細胞更容易到達腫瘤，而這并不是研究人員在臨床癌癥治療中常用的巨噬細胞。

這項研究發表在《應用物理評論》上。

Mitragotri說:“我們的工程方法讓我們質疑，細胞療法中巨噬細胞治療效果差的部分原因是否在于它們一開始就無法進入腫瘤。”“事實上，我們的研究結果表明，不同的表型對腫瘤的滲透程度不同。這為先前報道的巨噬細胞治療的不良臨床結果提供了一個有趣的基于物理的假設，并為經典的基于生物學的范式提供了一個相反和互補的假設。”

巨噬細胞有多種類型，簡化為M0、M1和M2。在這三種細胞中，M1巨噬細胞具有最好的抗腫瘤能力，因此在細胞治療中使用最多。但它們在臨床試驗中的結果令人失望。

Mitragotri和他的團隊研究了三種不同的表型如何通過復雜的水凝膠進入培養皿中的腫瘤。

SEAS博士后、論文第一作者Kolade Adebowale說:“我們基本上想要測量這些不同巨噬細胞的運輸機制和GPS在復雜環境中的工作情況。”“我們發現M1型抗腫瘤微噬細胞似乎很難找到它們的目標，就像它們的GPS不起作用一樣。但M0表型似乎有一個非常好的圖譜。”

最大的問題是為什么。

眾所周知，巨噬細胞以各種形狀存在，一些表型非常擅長改變它們的形狀。Adebowale和他的團隊發現了形狀轉換能力和運輸效率之間的相關性——這意味著巨噬細胞形狀轉換得越好，它們就越能到達腫瘤。

而且，事實證明，M1巨噬細胞在變形方面是三種細胞中最差的。

Adebowale說:“我們的研究表明，與M0巨噬細胞相比，M1巨噬細胞的運輸減少與它們進行形狀轉化的能力降低有關。”“我們希望這些發現能夠為巨噬細胞遷移和巨噬細胞療法的遞送的生物物理學提供新的啟示。”

“利用巨噬細胞介導人類腫瘤的抗腫瘤免疫反應具有巨大的潛力，臨床試驗正在進行中，以治療巨噬細胞患者，”哈佛醫學院助理教授、布里格姆婦女醫院乳腺腫瘤項目的首席研究員、該研究的合著者詹妮弗·格里耶羅說。“我們在這項研究中了解到，令人驚訝的是，類似于M0表型的巨噬細胞在到達目標時效率最高。這些數據將對臨床試驗產生直接影響，可能會改變下一代巨噬細胞介導的治療方法。”

本研究得到國家自然科學基金項目(2138064)資助。