癌症如何扩散?他们把老鼠“透明”了看
2017/07/07
7月5日,Cell子刊《Cell Reports》在线发表一篇文章,揭示了一种从单细胞分辨率水平记录癌细胞转移的成像技术。来自于日本东京大学、RIKEN研究所的研究团队借助特殊的化学处理、荧光成像和计算算法,实时记录癌细胞在小鼠全身/脑转移的过程。


癌转移是很多肿瘤患者死亡的主要原因,是手术治疗、放化疗最不想碰到的糟糕状况。为了防治恶化,我们需要在早期检测、定量潜在的转移细胞。近期,日本东京大学、RIKEN研究所的研究团队想出一个妙招:通过特殊的化学处理,让小鼠全身、全器官实现高度透明化,借助捕获癌细胞表面的荧光蛋白观察、记录癌转移过程,且分辨率达到单细胞水平。

“这一研究展示了对全身、特定器官实现单细胞分辨率成像效果的可行性。”文章通讯作者、东京大学和日本RIKEN研究所定量生物学中心教授Hiroki Ueda肯定道。相关研究成果于7月5日发表在《Cell Reports》期刊。

单细胞分辨率水平记录癌转移细节

全身成像技术记录小鼠内癌转移细节(视频来源:Hiroki R. Ueda et al.)

定位癌细胞依赖于捕获细胞表面表达的荧光蛋白信号。文章共同一作Shimpei Kubota博后、项目研究员Kei Takahashi配置出一种“化学鸡尾酒”——CUBIC(Clear Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktail),它可以让小鼠身体和重要器官“透明化”。通过提取荧光信号,研究人员可以定位分布于肝脏、胰腺、肠道等部位的癌细胞。

结合已有的成像技术,他们记录下肿瘤细胞在特定器官内的增殖过程,例如肺部、肠道、肝脏。更重要的是,借助全身/脑成像系统,他们能够追踪肿瘤在身体内转移的细节。

具体而言,研究团队选取9种癌细胞系构建了13种患癌小鼠模型,借助这一成像平台,他们扫描到小鼠肝脏、腹部内胰腺癌细胞的分布情况,实时记录下两周内癌细胞逐步侵占健康肺部的动态过程、观察到癌细胞对大脑血管的影响细节。这些成像结果完美展现了癌细胞的形状、体积和分布特征,并且记录下它们转移过程中的不同模式和细微差异。

对小鼠大脑进行3D成像处理,记录癌转移过程。(视频来源:Hiroki R. Ueda et al.)

TGF-β蛋白高表达的癌细胞更容易转移成功

这一新的成像技术已经被证实能够以更清晰的视角呈现癌转移的过程。特别是,为了到达身体的其他部位,癌细胞必须进入血管伴随血液流动实现转移。

“大多数癌细胞没有那么幸运,它们会死在转移途中。” 文章通讯作者、东京大学教授Kohei Miyazono解释道,“借助新方法获得的成像结果,我们发现,高度表达一种TGF-β蛋白(调控细胞生长、分化)的癌细胞相对更能在‘旅程’中存活,构建癌转移的‘前哨基地’。”

研究人员表示,使用CUBIC方法对癌症成像分析将有助于进一步了解癌转移的复杂性和异质性。此外,该技术还可以从单细胞水平揭示其他疾病或者生物医学领域,包括自身免疫类疾病、再生医学等等。

参考资料:

Watch cancer spread in a mouse

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