在三維視圖中觀察癌細胞得以實現

日期：2016-02-24 08:55:46

在傳統培養皿中研究癌細胞有不少缺陷。這些細胞原本生長在腫瘤三維環境中，而培養皿只能提供二維環境。與腫瘤表面靠近血管的細胞相比，腫瘤中央的細胞更難獲取氧和營養物質。這種微小的位置差異實際上對細胞行為有很大影響，但在培養皿中很難得到體現。

但是，目前癌癥生物學相關的大多數圖像，是來自于平坦的二維表面的細胞，科學家們有時候使用這些圖像，對一個更復雜的環境中的細胞行為做出結論。2月22日在《Developmental Cell》發表的一項研究，介紹了一種新的高分辨率顯微鏡，可以影像三維空間中的癌細胞，并記錄它們是如何對其環境的其他部分發出信號，從而揭示了以前曾被忽視的“癌細胞如何在生物體內生存和擴散”的生物學基礎。

本文資深作者、德克薩斯大學西南醫學中心的光學科學家Reto Fiolka指出：“有明顯的證據表明，環境強烈影響著細胞的行為，因此，在玻璃上進行細胞培養實驗的價值，必須至少引起質疑。我們的顯微鏡是一種工具，可以使我們深入了解驅動癌細胞行為的分子機制，因為它使得我們能夠在更逼真的腫瘤環境中，對癌細胞進行高分辨率成像。”

在他們的研究中，Fiolka和他的同事，包括共同資深作者Gaudenz Danuser，和共同第一作者Meghan Driscoll、Erik Welf，用他們的顯微鏡，對來自于患者的不同類型皮膚癌細胞進行影像。他們發現，不同于載玻片，在3D環境中（細胞通常居住的環境），多個黑色素瘤細胞系和原發性黑色素瘤細胞（來自于具有不同基因突變的患者），會形成許多小的突起，稱為小泡。一種假設是，這種起泡可以幫助癌細胞生存或左右移動，因此可以在患者的皮膚癌細胞侵襲性和耐藥性中發揮作用。

研究人員說，這是在腫瘤微環境中了解三維生物學的第一步。由于這些類型的圖像僅用肉眼看，可能太復雜，因此不能加以解釋，下一步將是開發功能強大的計算機平臺，來提取和處理信息。

本文共同第一作者、細胞生物學家Erik Welf指出：“當我們設想這個項目時，我們首先問的是，我們想測量的是什么，并設計了顯微鏡和分析平臺，來實現這一目標。現在我們希望，不是問我們可以測量什么，而是科學家們會問我們必須測量什么，從而為癌癥細胞生物學做出有意義的貢獻。”目前，這種顯微鏡控制軟件和圖像分析代碼，可免費提供給科學界使用。

如今，越來越多的研究者們熱衷于在天然環境下觀察腫瘤細胞的活動。以往的腫瘤研究通常是靜態的，需要研究者們推測腫瘤細胞和環境細胞的活動，揣摩它們之間的相互作用。在2014年5月，Nature就推出特寫，告訴我們如何捕捉癌細胞的一舉一動。2014年11月，約翰霍普金斯大學的工程師發明了一種設備，可讓癌癥研究人員在前所未有的顯微結構水平上，來研究癌細胞轉移（metastasis。該裝置通過精確闡明腫瘤細胞是如何擴散的，能夠發現新的方法來阻止癌癥。相關研究結果發表在最近的《Cancer Research》雜志。而在去年11月份，科學家們開發了一種卷紙形式的新癌細胞培養平臺，可以更好的模擬腫瘤三維環境。這項成果發表在Nature Materials雜志上，有望加速抗癌藥物的研發，幫助人們理解癌細胞的行為。