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。
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