机械力在肿瘤进展中至关重要，但现有体外模型常缺乏动态力学环境，且传统手段难以对封闭微流控系统中的3D活体样本进行无损、实时监测。

为此，意大利佩鲁贾大学Silvia Caponi联合米兰大学Brenda J. Green/Giorgio Scita团队开发了一种集成的光子学平台，将布里渊显微光谱（测量机械模量/粘弹性）、拉曼光谱（测量化学成分）与微流控芯片无缝结合。这种“布里渊-拉曼芯片”技术能够以非接触、无标记的方式，对活体3D乳腺肿瘤球体（MCS）进行实时分析。它突破了传统原子力显微镜（AFM）难以测量封闭微流控通道内3D样本的局限，实现了在受控流体压力下对肿瘤模型机械和化学特性的原位同步监测。

本文要点：

（1）通过微流控装置对肿瘤球体施加模拟体内生理环境（如呼吸、心跳或基质运动）的快速周期性压缩，研究发现肿瘤球体表现出显著的粘弹性。特别是有趣的是，随着压缩程度的增加，球体的布里渊频移（对应纵向模量）显著上升，表现出一种“声-机械硬化”现象。这种硬化在应力释放后是可逆的，表明肿瘤组织在动态应力下具有复杂的非线性力学适应能力。

（2）本文深入探讨了物理变形如何转化为生物信号。实验观察到，微流控诱导的快速挤压会导致细胞核发生明显的形态变形。这种物理压力虽然短暂，但足以触发肿瘤细胞的“机械预激”状态。转录组学分析显示，这种快速变形显著上调了与细胞增殖、炎症反应以及上皮-间充质转化（EMT）相关的基因表达，说明动态力学刺激直接改变了肿瘤的恶性表型。

（3）文章强调了在体外癌症模型中引入“动态”及其重要性。与传统的静态培养相比，该研究模拟的快速、周期性变形更能反映体内肿瘤面临的真实物理微环境。研究结果证明，即使是短期的机械扰动也能引起深刻的细胞核重塑和基因表达变化。这为开发更具生理相关性的药物筛选模型提供了新思路，提示我们在设计生物材料或肿瘤模型时，必须考虑动态力学刺激对细胞命运的调控作用。

参考资料：

https://doi.org/10.1002/advs.202513153

期刊介绍：

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