共定位布里渊与拉曼显微光谱技术解析胶质母细胞瘤球体及类器官的生物力学复杂性

本研究通过整合布里渊(Brillouin)显微技术和拉曼(Raman)光谱，首次系统比较了U87-MG细胞系球体、患者来源细胞球体与类器官的力学-化学特性。研究发现不同模型间存在显著生物力学异质性，其中类器官呈现更复杂的机械-生化特征，证实了多模态分析对神经肿瘤生物力学研究的关键价值，为胶质瘤(GBM)的机制研究和治疗靶点开发提供了新视角。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)作为最具侵袭性的脑肿瘤，其独特的生物力学特性与肿瘤进展密切相关。然而现有研究存在两大瓶颈：传统技术如原子力显微镜(AFM)难以实现非接触式亚细胞级检测，而不同尺度测量结果常相互矛盾；更重要的是，肿瘤组织的高度异质性使得单纯力学参数难以准确解读。这正是TU Dresden团队在《Biochemistry and Biophysics Reports》发表突破性研究的出发点——他们创新性地将布里渊(Brillouin)显微技术与拉曼(Raman)光谱联用，首次实现了胶质瘤模型力学特性与生化组成的同步解析。

研究采用三大类模型体系：经典U87-MG细胞系球体、两株患者来源细胞(HT18136和HT18584)球体，以及保留肿瘤异质性的患者来源类器官。关键技术包括：1）自主搭建的共聚焦布里渊-拉曼联用系统，采用780.24nm激光和40倍水浸物镜，布里渊分辨率达44MHz/像素；2）基于Matlab的洛伦兹拟合算法解析GHz频段的纵向模量M=M′+iM″；3）k-means聚类分析拉曼光谱建立生化组分数据库；4）多光子显微镜(CARS/TPEF/SHG)进行无标记验证。

【3.1 胶质母细胞瘤球体】

研究发现U87-MG球体呈现高度均一的生物力学特征，其布里渊频移(ν_B)主峰位于5.41GHz，带宽(Γ_B)为0.44GHz。拉曼聚类揭示三组生化组分：胞质蛋白(Cluster 1)、脂滴(Cluster 2)和糖原-蛋白复合物(Cluster 3)，其中脂滴区域ν_B显著升高至5.39GHz（P<0.001）。值得注意的是，患者来源HT18584球体中出现胶原核心，其SHG信号与局部ν_B升高区域高度重合，证实了细胞外基质(ECM)对整体力学特性的调控作用。

【3.2 胶质母细胞瘤类器官】

类器官展现出更复杂的力学图谱：ν_B分布宽泛（峰值5.25GHz），拉曼聚类需5个组分才能完整描述。除基础蛋白/脂类外，首次鉴定出富含胆固醇的脂质组分(Cluster 4)，其ν_B达5.40GHz，BLT（Γ_B/ν_B）值显示独特粘弹性。多光子成像发现该组分对应类器官中的泡沫细胞，暗示胆固醇结晶可能增强局部刚度。

讨论部分深刻指出，该研究建立了三大范式转变：1）证实经典细胞系模型可能低估肿瘤力学异质性，患者来源类器官更能模拟体内复杂性；2）揭示糖原颗粒（通过PAS染色验证）和胆固醇结晶等亚细胞结构会显著影响布里渊参数，提示单纯ν_B变化不能简单等同于刚度改变；3）提出"布里渊损耗角正切"(BLT)作为独立于折射率n和密度ρ的可靠指标，为后续研究提供新标准。这些发现不仅解决了神经肿瘤领域长期存在的力学测量矛盾，更为未来开发靶向肿瘤生物物理特性的治疗策略奠定方法论基础。

研究团队特别强调，该多模态平台可扩展至临床样本分析，但需进一步区分细胞内蛋白与ECM胶原的信号。随着布里渊技术向高速成像发展，结合机器学习解析海量力学-化学关联数据，将推动建立GBM生物力学分型标准，最终实现从"描述异质性"到"预测治疗响应"的跨越。