美國科學家首次發現健康人類細胞在癌化時會產生碎形圖案(fractal pattern)。由Igor Sokolov等人組成的塔夫斯大學(Tufts University)及克拉克森大學(Clarkson University)研究團隊利用原子力顯微鏡(atomic force microscopy, AFM)，研究子宮頸上皮細胞表面，在奈米級解析度下觀察到特殊的圖案。此研究成果有助於瞭解細胞表面如何影響某些癌症的發展，進而找出對抗癌症的新策略。 許多癌症的起源至今未明，部分科學家相信原因涉及細胞間複雜過程的失衡，進而引起細胞的行為失序。的確，在癌組織的生化和物理研究上曾經觀察到混亂(chaos)的徵兆，例如有些癌組織出現的碎形特徵就與混亂系統相關。 碎形圖案從未在單一癌細胞表面上被觀察到，此新發現之所以重要是因為科學家已經知道癌細胞表面在「轉移」(metastasis)上扮演重要角色。轉移是指癌細胞離開原發腫瘤(primary tumour)，在健康組織中殺出一條路，轉移到其他部位生成繼發性腫瘤(secondary tumour)。 為進行實驗，Sokolov等人培養了三種人類子宮頸上皮細胞：取自健康女性的正常細胞、取自癌症病患的惡性癌細胞、加入人類乳突病毒基因的癌前細胞(pre-cancerous cell)。這些細胞經凍乾後再用原子力顯微鏡觀察。 研究人員以小於20 nm像素的解析度描繪出細胞表面結構的特徵，特別是原子力顯微鏡可測出儀器探針和細胞表面的「沾黏性」。影像經傅立葉轉換( Fourier transform)以找出任何重複的圖形，再分析這類圖形是否在各種尺度重複出現─這正是碎形圖案的標誌。 令人意外的是，研究團隊發現健康細胞和癌細胞的表面都沒有碎形圖案，只有癌前細胞有。Sokolov表示，實驗結果顯示只有在活細胞發展成癌細胞的有限時間內，才會出現碎形幾何。該團隊還發現細胞朝癌症發展時其碎形行為更甚，而正常細胞是沒有碎形圖案的，換言之，碎形癌前階段對正常細胞轉化成癌細胞扮演很重要角色。 Sokolov等人希望研究成果能找出正常細胞過渡為癌細胞過程中的弱點，以此為目標來終止癌症的發展；此過渡期可能與發生於生物過程中並導致表面失序行為的不穩定性有關，若能防止此不穩定性發生，或可終止癌症的發展。詳見New Journal of Physics 17, 033019 (2015)。 |