在三维视图中观察癌细胞得以实现

 在传统培养皿中研究癌细胞有不少缺陷。这些细胞原本生长在肿瘤三维环境中，而培养皿只能提供二维环境。与肿瘤表面靠近血管的细胞相比，肿瘤中央的细胞更难获取氧和营养物质。这种微小的位置差异实际上对细胞行为有很大影响，但在培养皿中很难得到体现。

但是，目前癌症生物学相关的大多数图像，是来自于平坦的二维表面的细胞，科学家们有时候使用这些图像，对一个更复杂的环境中的细胞行为做出结论。2月22日在《Developmental Cell》发表的一项研究，介绍了一种新的高分辨率显微镜，可以影像三维空间中的癌细胞，并记录它们是如何对其环境的其他部分发出信号，从而揭示了以前曾被忽视的“癌细胞如何在生物体内生存和扩散”的生物学基础。

本文资深作者、德克萨斯大学西南医学中心的光学科学家Reto Fiolka指出：“有明显的证据表明，环境强烈影响着细胞的行为，因此，在玻璃上进行细胞培养实验的价值，必须至少引起质疑。我们的显微镜是一种工具，可以使我们深入了解驱动癌细胞行为的分子机制，因为它使得我们能够在更逼真的肿瘤环境中，对癌细胞进行高分辨率成像。”

在他们的研究中，Fiolka和他的同事，包括共同资深作者Gaudenz Danuser，和共同第一作者Meghan Driscoll、Erik Welf，用他们的显微镜，对来自于患者的不同类型皮肤癌细胞进行影像。他们发现，不同于载玻片，在3D环境中（细胞通常居住的环境），多个黑色素瘤细胞系和原发性黑色素瘤细胞（来自于具有不同基因突变的患者），会形成许多小的突起，称为小泡。一种假设是，这种起泡可以帮助癌细胞生存或左右移动，因此可以在患者的皮肤癌细胞侵袭性和耐药性中发挥作用。

研究人员说，这是在肿瘤微环境中了解三维生物学的第一步。由于这些类型的图像仅用肉眼看，可能太复杂，因此不能加以解释，下一步将是开发功能强大的计算机平台，来提取和处理信息。

本文共同第一作者、细胞生物学家Erik Welf指出：“当我们设想这个项目时，我们首先问的是，我们想测量的是什么，并设计了显微镜和分析平台，来实现这一目标。现在我们希望，不是问我们可以测量什么，而是科学家们会问我们必须测量什么，从而为癌症细胞生物学做出有意义的贡献。”目前，这种显微镜控制软件和图像分析代码，可免费提供给科学界使用。

如今，越来越多的研究者们热衷于在天然环境下观察肿瘤细胞的活动。以往的肿瘤研究通常是静态的，需要研究者们推测肿瘤细胞和环境细胞的活动，揣摩它们之间的相互作用。在2014年5月，Nature就推出特写，告诉我们如何捕捉癌细胞的一举一动。2014年11月，约翰霍普金斯大学的工程师发明了一种设备，可让癌症研究人员在前所未有的显微结构水平上，来研究癌细胞转移（metastasis。该装置通过精确阐明肿瘤细胞是如何扩散的，能够发现新的方法来阻止癌症。相关研究结果发表在最近的《Cancer Research》杂志。而在去年11月份，科学家们开发了一种卷纸形式的新癌细胞培养平台，可以更好的模拟肿瘤三维环境。这项成果发表在Nature Materials杂志上，有望加速抗癌药物的研发，帮助人们理解癌细胞的行为。