肿瘤微环境为肿瘤细胞提供了多种多样的细胞外信号,是影响肿瘤细胞行为和功能的主要因素。过去,关于肿瘤的研究主要集中在调控肿瘤细胞生长的各种生化信号上。但是,最近几年的探究发现细胞外基质的机械性能在肿瘤的发展进程中也发挥着重要的作用。研究发现基质刚度能够调控肿瘤细胞的增殖、迁移以及自我更新等,在细胞的分化潜能上也发挥着一定的作用。目前,关于基质刚度调控肿瘤细胞增殖迁移的分子机制已经研究的比较成熟,但是基质刚度调控肿瘤干细胞的研究还比较少,所以本文主要想探究细胞外基质刚度对肿瘤细胞的影响,特别是干细胞特性的影响。本研究制备了不同刚度(7 kPa、20 kPa、55 kPa)的聚丙烯酰胺凝胶基底,分别模拟结缔组织、肌肉组织以及骨组织的刚度,塑料板作为对照组。首先从形态学观察发现随着基质刚度的增加,细胞的铺展面积也逐渐增大。细胞在不同刚度的基底上生长48h后,通过试剂盒以及Ki67染色检测基质刚度对骨肉瘤细胞增殖的影响,发现硬基底能够促进骨肉瘤细胞的增殖。划痕实验检测基质刚度对细胞迁移能力的影响,也发现硬基底有利于骨肉瘤细胞发生迁移。成球实验探究基质刚度对肿瘤细胞自我更新的影响,发现软基底上骨肉瘤细胞的自我更新能力更强。使用成骨、成脂诱导分化培养基诱导不同刚度基底上的细胞,检测其对细胞分化的影响,发现软基底上的骨肉瘤细胞向成骨、成脂细胞分化的能力更强。通过耐药性实验以及内吞实验,检测不同刚度的基底上细胞对化疗药物阿霉素的耐受性,也发现随着基质刚度的增加,骨肉瘤细胞的耐药性逐渐降低。进一步通过qPCR及免疫荧光实验检测基质刚度对肿瘤细胞干细胞标志物表达的影响,发现软基底上Sox2、Oct-4、Nanog的表达量最多。这说明随着基质刚度的增加,骨肉瘤细胞的干细胞特性是显著降低的,软基底上骨肉瘤细胞的干细胞特性最强。基于此现象,我们接下来探究了软基底调控肿瘤细胞干细胞特性的具体分子机制。首先检测了不同基质刚度上mi R-371-5p和miR-29b-5p的表达情况,实验发现软基底上这两种miRNA的表达明显低于硬基底。但是通过qPCR实验以及成球实验进一步验证两种miRNA的作用,发现在基质刚度调控骨肉瘤细胞自我更新的过程中仅有miR-29b-5p发挥了作用。进一步探究miR-29b-5p调控肿瘤细胞自我更新的分子机制,发现Spin1是miR-29b-5p的下游靶基因。免疫印迹实验表明miR-29b的过表达,能够显著抑制PI3K和p-Akt,p-Stat3以及Sox2的表达。检测不同刚度基底上的细胞中这些分子的表达情况,也发现随着基质刚度的增加,PI3K、p-Akt、p-Stat3以及Sox2的表达是逐渐降低的。综上所述,硬基底更有利于骨肉瘤细胞的铺展,基质的刚度越大,细胞的铺展面积也越大,而且硬基底还能够促进骨肉瘤细胞的增殖和迁移。但是,随着基质刚度的增加,骨肉瘤细胞的干性逐渐降低,软基底上骨肉瘤细胞的自我更新能力、分化能力以及耐药性都更强。探究基质刚度调控肿瘤细胞干细胞特性的分子机制,发现软基底可以抑制miR-29b-5p的表达,而且mi R-29b-5p可以通过抑制Spin1进而抑制PI3K/Akt/Stat3/Sox2信号来调控肿瘤细胞的干细胞特性,这为靶向骨肉瘤干细胞的治疗提供了新的思路。