使用EVIDENT共聚焦顯微鏡對血管化腫瘤細胞球芯片進行觀察研究

2025-03-07

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研究顯示，腫瘤可通過誘導血管生長來支持其旺盛的活性。這些血管作為腫瘤的生命線，在腫瘤微環境（TME）中對于其活性起到了相當重要的作用。到目前為止，對腫瘤在生化和生物力學刺激的反應，大多是在靜態條件下進行評估，并沒有考慮到血流對腫瘤的影響。本篇文章，我們提供了一個腫瘤-芯片平臺，通過流經可灌注血管網絡的介質流來評估腫瘤微環境，并測量血流中的給藥效應。

圖1.微流控設備和腫瘤模型。（左）微流控設備圖；（右）具有可灌注血管網絡的腫瘤模型。

腫瘤細胞球在微流控設備中的3D觀察結果

本研究中，我們在微流控設備中將人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）與含有人乳腺癌細胞（MCF-7）的腫瘤細胞球進行共同培養，以重現包括血管網絡在內的腫瘤微環境。為了確認微流控設備中血管網絡的可灌注性，我們使用FLUOVIEW共聚焦顯微鏡觀察熒光微球（綠色）是否能夠連續通過血管網絡和球細胞。因細胞球較厚，我們很難獲得培養樣本的三維圖像。通常需要較高的激發光強度才能產生足以能夠檢測到的熒光信號強度。

但是，較高的激發光強度也會增大光毒性，從而導致細胞損傷。為了解決這一問題，我們使用集成了TruSpectral全真光譜檢測技術和高靈敏度GaAsP探測器的FLUOVIEW共聚焦顯微鏡，捕獲微弱的熒光信號，同時盡量降低激光器的功率。

圖2.腫瘤細胞球及其血管網絡。細胞核：青色（405 nm，Hoechst 33342），RFP-HUVEC：紫紅色（561 nm，RFP），E-鈣粘蛋白：黃色（640 nm，Alexa Fluor 633）。

(a) 腫瘤細胞球的投影圖。比例尺：200 μm，物鏡：UPLSAPO10X2。（b）（a）中白色框架的3平面圖像（x-y、x-z、y-z）。比例尺：20 μm，物鏡：UPLSAPO40X2。

使用共振掃描振鏡進行血流快速成像

我們還利用熒光微球（綠色，直徑3.1 μm）檢查了腫瘤細胞球血管網絡內的血流。在觀察快速血流時，常規掃描振鏡的掃描速度可能不夠。本實驗中，我們使用配有高速共振掃描振鏡的FLUOVIEW共聚焦顯微鏡采集圖像。

結果表明，在將熒光微球注入到微流控設備的通道3時，微球流經腫瘤細胞球的中空腔并到達通道1，說明我們所設計的血管網絡可接受灌注。確認人工腫瘤細胞球模型用于研究血流對TME影響的有效性后，我們在隨后的實驗中明確了，在包括血管網絡的TME中，藥物的療效因血管內是否存在血流而異。我們希望這款三維模型能夠在今后被用作經血管給藥模型，以協助藥物的開發。

這項研究的新穎之處在于，在腫瘤細胞球內，人工構建的可灌注血管網絡。可視化血管網絡如何連接細胞球和微流控通道非常重要。此外，可以同時觀察血管管腔和流經血管結構的血流，對于證明其可灌注性來說也很關鍵。FLUOVIEW共聚焦顯微鏡上安裝的高速共振掃描振鏡，能夠對血管網絡（RFP標記）和微球（綠色）動態流進行成像。

——Ryuji Yokokawa博士

日本京都大學微工程系

腫瘤學研究和藥物研發對顯微成像的要求非常高，需要有高速的三維成像能力，在體的研究還需要低光度性的深層成像，Evident全新激光掃描共聚焦顯微鏡和多光子顯微鏡FV4000（MPE）配備全新的高靈敏硅基半導體檢測器，具有更高的靈敏度，降低了光毒性，同時高分辨率的共振掃描振鏡可提供視頻級采集速率，幫助獲取腫瘤微環境或藥物代謝的動態變化過程。