单细胞光片荧光 3D 成像：解析肿瘤 - 基质球状体共培养的奥秘，助力精准抗癌

为解决传统肿瘤模型无法模拟体内肿瘤复杂性问题，研究人员开展肿瘤 - 基质球状体共培养研究，获 3D 图像及特征数据，助力药物测试。

　　在癌症研究的广袤领域中，肿瘤治疗一直是备受瞩目的焦点。传统的二维（2D）细胞培养模型，就像搭建在平面上的 “简易城市”，细胞们在这个平坦的世界里 “自由生长”，缺乏自然组织的立体结构、细胞间及细胞与基质间的紧密互动。它们能毫无阻碍地获取氧气、营养物质等，这与真实肿瘤环境中细胞面临的资源竞争大相径庭。而经典的三维（3D）单培养球体，虽然有了一定的立体感，但对于精准模拟肿瘤内部复杂的生态系统来说，依旧过于 “简单朴素”。肿瘤微环境（TME）作为肿瘤发展各阶段的 “幕后推手”，在这些简单模型中无法得到充分体现 。于是，为了攻克这些难题，搭建更接近真实肿瘤的 “模拟城市”，来自匈牙利塞格德 HUN-REN 生物研究中心等多个机构的研究人员，开展了一项意义重大的研究。相关成果发表在《Scientific Data》上。
在此次研究中，研究人员运用了多项关键技术方法。他们选用了美国典型培养物保藏中心（ATCC）的五种商业人类细胞系，包括三种癌细胞系（T-47D 导管癌、A375 黑色素瘤、MG-63 骨肉瘤）和两种基质细胞系（MRC-5 成纤维细胞、EA.hy926 内皮细胞） 。通过在 384 孔超低附着 U 型底板上共培养这些细胞，构建肿瘤 - 基质球状体多培养模型。利用 CellTracker 染料对细胞进行染色标记，使用 Leica TCS SP8 DLS 显微镜，在细胞培养 24、48 和 96 小时后获取单细胞光片荧光 3D 图像。之后，借助 AnaSP 和 ReViSP 等工具对图像进行分析，提取形态学特征。
研究结果主要围绕以下几个方面展开。
首先是肿瘤 - 基质球状体的构建与培养 。研究人员将不同类型的细胞按特定比例混合，即 40% 的 MRC-5、40% 的 EA.hy926 和 20% 的肿瘤细胞，在培养板中共同培养。在不同时间点（24、48 和 96 小时）、不同条件下（对照和 0.6 M 阿霉素（dox）处理）对生成的球状体进行观察。结果显示，成功构建出了稳定的肿瘤 - 基质球状体多培养模型，为后续研究奠定了基础。
其次是图像采集与分析。利用 Leica TCS SP8 DLS 显微镜，获取了高质量的单细胞光片荧光 3D 图像。这些图像以多 tiff 文件格式保存，包含丰富的细胞信息。通过对图像的分析，研究人员提取了多种形态学特征，如直径、周长、面积、体积、圆度和球形度等。从数据来看，不同肿瘤细胞系、不同处理条件以及不同时间点下，球状体的这些形态学特征存在明显差异。例如，T-47D 在 24 小时时，直径为 174μm，48 小时时变为 162μm ；而经过 dox 处理后，T-47D 在 96 小时时直径降至 141μm 。这些变化反映了肿瘤细胞在不同环境下的生长和形态改变。
最后，研究人员还进行了数据记录与公开 。此次研究获得的所有数据，包括球状体的 3D 图像、分割掩码和提取的形态学特征，都在 figshare 上免费公开。这种数据共享的方式，为全球科研人员进一步探索肿瘤细胞在 3D 环境中的分布规律、比较不同计算指标以评估图像质量、训练深度学习和机器学习模型等提供了宝贵资源。
综合来看，该研究成功构建了肿瘤 - 基质球状体多培养模型，并通过单细胞光片荧光显微镜技术获取了不同时间点的 3D 图像，分析得到了丰富的形态学特征数据。这些数据的公开，为肿瘤生物学研究、药物研发等提供了重要的参考依据，推动了癌症研究领域向精准化、高效化方向发展。在未来，基于这些数据，科研人员有望开发出更有效的抗癌药物，为癌症患者带来新的希望。