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双光子显微镜——肿瘤生长与入侵动态成像

QUANTUM量子科学

2018/08/07

生物显微镜

摘要
从首次感染部位向邻近基质的转移入侵是肿瘤发展过程中的关键步骤，研究成果较少。肿瘤入侵的原理以各种体外模型给出了实验性的表述；但是，体内的关键性步骤和机制仍然不清楚。这里，我们通过落射荧光成像和多光子显微镜建立了一个修正的皮肤折叠室模型来阐述关于HT-1080纤维肉瘤细胞的原位移植，生长和入侵。这种策略允许对作为独立细胞或者集体粘丝或者细胞团沿着富含胶原的细胞外基质和增补宿主组织包括纹状肌肉丝和淋巴管的肿瘤生长、肿瘤诱导血管形成和入侵进行重复成像。这个修正的窗口模型将适用于阐述肿瘤转移和入侵的机制，以及相关的实验性治疗。

材料与方法
HT-1080双色纤维肉瘤细胞表达细胞质DsRed2和核组蛋白2B（H2B）-EGFP -EGFP (Yamamoto et al. 2004)培养在改良的鹰培养基(PAN Biotech GmbH, Aidenbach, Germany)中，补充10%的胎牛血清(Aurion, Wageningen, The Netherlands)，盘尼西林和链霉素（都100ug/ml;PAN)和潮霉素B（0.2mg/ml；Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)在37%湿润的5%CO2的培养环境中。
小鼠被用异氟烷麻醉并被稳定固定在37℃的温控平台上。使用一个落射多光子显微镜（TriM Scope, LaVision BioTec），并配备了OPO装置(OPO; APE, Berlin, Germany)用于1100nm波段的双光子激发，以及红外修正的20X/0.95N.A(Olympus)物镜。如果没有特定声明，EGFP，DsRed2和SHG的获取都是使用的832nm的激发光。由带通滤波器确定的检测光波段为400/40(蓝），535/50（绿），605/70（红），和710/75（红外）。以5um的步长对深达250um的成像深度进行顺序3D堆栈。通过向尾静脉注射4mg荧光葡聚糖对血管显影。在注射了淋巴归巢环肽LyP-1（100ug）之后活化的淋巴管被检测到。(Laakkonen et al. 2002)
图像被使用ImageJ 1.40 g (W. Rasband, NIH), ImSpector 3.4 (LaVision Bio- Tec GmbH), and Photoshop CS 8.0.1 (Adobe Systems Inc.)重构和分析。以宽的平方X长Xπ/6计算肿瘤体积。有丝分裂和细胞凋亡的比例通过H2B-EGFP模式从每区域30到100个细胞中确定。

主要结果

Fig.1 在背侧皮肤褶皱室中HT-1080纤维肉瘤细胞的滴落和注射方法比较.6（c）、7（d）天后通过明场和落射荧光显微镜观察的细胞应用，生长位置（a，b）和宏观肿瘤形态。在建立的模型中，允许细胞悬浮液或者细胞球粘附到外科手术准备好的真皮组织表面上，获得了在真皮层与盖玻片（a.c）间的3D肿瘤生长。使用细针将细胞球注射进真皮中阻止盖玻片和真皮内产量增加间的反应（b,d)。标尺1mm（概图）和250um（细节）。

Fig 2. 肿瘤生长阶段。 a 由落射荧光显微镜监测的移植瘤生长和入侵的时间进程。新生血管的插入，不存在（3天）和存在（7天）。标尺1mm。b 通过以day 1的体积进行归一化的肿瘤体积。mean+-SD（n=9）。c HT-1080移植肿瘤在6天的时候的肿瘤形态，血管化，分生和凋亡。使用多光子显微镜以激发波长1100nm（左）和832nm（右）获取的一个中央中流区域的3D重构。核形态包括了有丝分裂（白色箭头）和凋亡图（黑色箭头）。标尺50um。插图显示了前相（P）、中相（M）和后相（LA）以及凋亡图（A）。d 对时间依赖的分生和凋亡定量化。数据显示3个非依赖性肿瘤的10-25个独立区域的Mean±SEM。

Fig 3. 近红外多光子显微镜显示环绕HT-1080双色肿瘤的肿瘤诱导产生血管及其结构。Z轴为一个6天大肿瘤的从肿瘤边缘（-50um）到肿瘤内部区域（-80um）（红色细胞质；黄色细胞核）。通过FITC-葡聚糖注射现实的密布血管（绿），先前存在的线形血管（绿色箭头）和不规则形状的新生血管（蓝色箭头）。胶原纤维（黑色箭头）和肌肉丝（白色箭头），通过二次谐波检测（灰度）。标尺50um。

Fig 4. HT-1080双色细胞的原位入侵模型。a 注射后6天入侵类型的分类。缺少入侵（上，左）并且散布单个细胞（上，右；白色箭头），散射的或者紧密地丝状整体入侵（下图）。标尺250um。 b 45个连续的非依赖性肿瘤的按中所分入侵模式的频率。11天时，沿着纹状肌肉纤维集体入侵丝的定位。标尺100um。d 单一细胞侵入脂肪组织随后进行分散的，部分整体的入侵。对照-少量圆的脂肪细胞（星号）被HT-1080细胞包围。1100nm的激发光来检测遍布的血管(Alexa Fluor 660-dextran,红色),，肿瘤细胞质（绿色假彩），SHG（灰度）；832nm用于肿瘤细胞核（白色）。标尺100um。

Fig 5. HT-1080细胞沿淋巴管的入侵。a 由多光子显微镜对边缘而非肿瘤中心的活化淋巴管产生的单幅图片。用FITC连接的LyP-1缩氨酸来检测。深度已标明在图上（um）。b 3D堆栈投影表明淋巴管内（白色箭头）和外淋巴管入侵（黑色箭头）。标尺100um。

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