哈佛大学工程与应用科学院的David Mooney 教授带领研究团队，在乳腺上皮组织中发现了正常细胞向恶性细胞转变的潜在机制，乳腺上皮组织与乳腺癌密切相关。

高密度乳腺组织一直被认为是乳腺癌风险的重要标志，但人们此前并不了解其中的具体机制。 Mooney 和他的团队在体外研究中逐一分析了各种机械和生物学变量，发现高密度乳腺组织中的机械力和化学环境，会驱动细胞进入侵袭性增殖的危险模式。

这项新研究显示，细胞外基质的硬度和成分能够共同影响基因的活化，决定正常上皮细胞是否表现出恶性细胞的行为特征。Chaudhuri 表示：“这项研究指出，检测细胞微环境的成分和乳腺密度，可以更好的评估乳腺癌的风险。”

论文共同作者 Sandeep Koshy 表示：“我们设计了能够精确调节成分、多孔性和硬度的3D培养系统，以便分析不同参数对肿瘤发生的重要性。我们在这种培养体系中看到了一些参数对细胞行为的重要影响，这是传统的2D细胞培养无法企及的。”

之前的同类研究，多半通过胶原蛋白的含量来调节细胞外基质的硬度，但 Mooney 的研究团队指出，胶原对细胞不仅产生机械力作用，还会触发特定的信号通路。在正常情况下，乳腺上皮细胞周围的基底膜并不含有纤维状胶原，出现这些物质会影响整个研究的结论。

为了排除不受控制的变量，研究团队用藻酸胶替代了胶原，这种物质能够使基质变硬同时又不结合任何细胞受体。研究人员发现，细胞外基质柔软时乳腺上皮细胞表现出正常的行为。而当基质变硬时，细胞会上调癌症相关基因的表达，提高PI3K通路的活性（该通路能促进细胞增殖和增强细胞的侵袭性）。

“我们在高硬度基质中观察到的侵袭性结构，与早期的乳腺浸润性导管癌很相似。研究显示，促进细胞分裂的雌激素 alpha [ER+] 基因也被上调，” Koshy 说。“令人称奇的是，只需要改变细胞外基质的硬度或成分，就能诱导正常的乳腺上皮细胞出现癌变。”

进一步的研究显示，在高硬度基质中增加 laminin 蛋白的浓度，能够使乳腺上皮细胞恢复正常行为， laminin 蛋白是基底膜中的一种天然成分。

除了为癌症研究带来新的启示，这项研究中的海藻酸细胞外基质也很重要。Mooney 表示：“其他生物学研究可以从这一系统中受益。 例如，干细胞生物学、创伤修复、以及多种组织和器官的发育研究都可以用到这一系统。”