無(wú)需切片，LED光漂白技術(shù)實(shí)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境三維成像

在腫瘤研究領(lǐng)域，深入探究腫瘤微環(huán)境對(duì)于理解腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移以及治療反應(yīng)至關(guān)重要。腫瘤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的三維生態(tài)系統(tǒng)，包含了惡性癌細(xì)胞、血管細(xì)胞、免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞類型以及細(xì)胞外基質(zhì)等非細(xì)胞組分。這些組分之間的相互作用構(gòu)成了高度扭曲且形態(tài)不規(guī)則的血管、致密的細(xì)胞外基質(zhì)沉積、隨機(jī)分布的免疫細(xì)胞以及多區(qū)域的缺氧狀態(tài)。傳統(tǒng)二維成像技術(shù)難以全面展現(xiàn)這一復(fù)雜三維生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)面貌。

近年來(lái)，光學(xué)組織透明化與三維熒光顯微成像技術(shù)的結(jié)合為腫瘤微環(huán)境的可視化帶來(lái)了新曙光，但其多維標(biāo)記能力有限，通常只能在透明化腫瘤組織中定位3或4種細(xì)胞和非細(xì)胞組分。而近期發(fā)表在《Laboratory Investigation》上的研究成果，提出了基于發(fā)光二極管（LED）光消融的方法，有望突破這一瓶頸，為深入探究腫瘤微環(huán)境的奧秘提供了全新的視角和有力工具，開(kāi)啟腫瘤精準(zhǔn)研究與治療的新篇章，為腫瘤醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的希望。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性剖析
腫瘤微環(huán)境是一個(gè)高度復(fù)雜且動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，其復(fù)雜性體現(xiàn)在細(xì)胞類型的多樣性以及細(xì)胞與非細(xì)胞組分之間的相互作用。不同類型的細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中扮演著不同的角色，共同影響著腫瘤的生物學(xué)行為。例如，血管細(xì)胞為腫瘤提供營(yíng)養(yǎng)和氧氣，免疫細(xì)胞則可能參與腫瘤的免疫監(jiān)視或免疫逃逸，基質(zhì)細(xì)胞則對(duì)腫瘤的結(jié)構(gòu)和功能有著重要的支持作用。這些細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)等非細(xì)胞組分之間的相互作用，構(gòu)成了腫瘤微環(huán)境的獨(dú)特生態(tài)，影響著腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移以及對(duì)治療的反應(yīng)。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
LED光消融技術(shù)的開(kāi)發(fā)與優(yōu)勢(shì)
為攻克三維熒光顯微成像多維標(biāo)記能力受限的難題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種高功率暖白色發(fā)光二極管（LED）光消融方法。通過(guò)構(gòu)建高功率LED光照射裝置和溫控腔室，能夠在不破壞組織和蛋白質(zhì)抗原完整性的前提下，完全消融透明化腫瘤組織中的熒光信號(hào)。這種LED光消融技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其高能量光子能夠有效穿透整個(gè)透明化腫瘤組織，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種熒光信號(hào)的全面去除，為后續(xù)的多標(biāo)記染色和成像提供了良好的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的熒光和抗體剝離方法相比，LED光消融技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)便，而且能夠避免化學(xué)試劑對(duì)組織形態(tài)和抗原的潛在損害，為三維多標(biāo)記成像提供了更加穩(wěn)定和可靠的實(shí)驗(yàn)條件。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建與處理
為了驗(yàn)證基于LED光消融的三維多標(biāo)記熒光顯微成像方法在評(píng)估癌癥免疫療法方面的應(yīng)用價(jià)值，研究人員將其應(yīng)用于經(jīng)過(guò)干擾素基因刺激物（STING）激動(dòng)劑DMXAA處理的小鼠乳腺腫瘤模型。實(shí)驗(yàn)中，將TUBO細(xì)胞注射到小鼠的乳腺脂肪墊中，待腫瘤長(zhǎng)到一定大小后，通過(guò)局部注射激動(dòng)劑對(duì)小鼠進(jìn)行治療。治療結(jié)束后，收集腫瘤組織樣本，進(jìn)行后續(xù)的成像實(shí)驗(yàn)。這種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建，為評(píng)估激動(dòng)劑對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響提供了可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也為研究免疫療法的作用機(jī)制和效果評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

此外，在高分辨率三維圖像中，對(duì)照腫瘤中大量免疫細(xì)胞類型位于間質(zhì)區(qū)域，而在激動(dòng)劑處理后的腫瘤中，細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTLs）的體積百分比顯著增加，與CK8+癌細(xì)胞相互作用的CTLs體積百分比也大幅上升，表明激動(dòng)劑治療增強(qiáng)了腫瘤中CTLs的浸潤(rùn)，并通過(guò)CTL介導(dǎo)的免疫反應(yīng)消除了癌細(xì)胞。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅驗(yàn)證了基于LED光消融的三維多標(biāo)記成像技術(shù)的可行性和有效性，還展示了其在評(píng)估免疫療法效果方面的巨大潛力。

總結(jié)與展望
該研究成功開(kāi)發(fā)了一種基于LED光消融的循環(huán)工作流程，用于光學(xué)透明化腫瘤組織的三維多標(biāo)記熒光顯微成像，為深入探究腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性和腫瘤對(duì)治療的響應(yīng)提供了創(chuàng)新性工具。這一方法突破了傳統(tǒng)三維熒光顯微成像在多維標(biāo)記能力上的限制，實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)厚腫瘤切片中對(duì)多種細(xì)胞標(biāo)記的高分辨率三維可視化和定量空間分析。在臨床應(yīng)用方面，該技術(shù)有望為腫瘤的精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化治療提供更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的腫瘤微環(huán)境信息，幫助醫(yī)生制定更加有效的治療方案。未來(lái)，隨著光消融時(shí)間的進(jìn)一步縮短和高通量組織處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)大型體積腫瘤組織的自動(dòng)化高通量三維多標(biāo)記成像。這將進(jìn)一步拓展其在腫瘤研究中的應(yīng)用范圍，推動(dòng)腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，為揭示腫瘤微環(huán)境的奧秘、發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)以及優(yōu)化免疫療法策略提供更加強(qiáng)大的技術(shù)支持，助力科學(xué)家們?cè)诳拱┑缆飞喜粩噙~進(jìn)，為腫瘤患者的精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化治療帶來(lái)新的希望。

DOI:10.1016/j.labinv.2024.102072.