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活体成像揭示肿瘤“坏邻居”效应——细胞外囊泡如何传递转移“密码”

来源: Cell发布于: 2025-10-13查看原文 →

研究挑战

在复杂的活体动物模型中,如何直接、可视化地追踪特定肿瘤细胞间的功能性物质交换,并实时观察接收细胞(recipient cells)因此产生的行为学变化(如迁移和转移能力增强),是理解肿瘤动态异质性的关键技术瓶颈。

解决方案

研究人员设计了一套精妙的Cre-LoxP介导的荧光颜色转换系统。通过高分辨率的活体成像技术,实时追踪了携带Cre mRNA的细胞外囊泡从恶性细胞到良性细胞的转移过程,以及接收细胞由红色荧光转变为绿色荧光的标志性事件,从而实现了对这一关键生物学过程的可视化和量化分析。

核心成果

  • 首次在活体(in vivo)中,直接观察到肿瘤细胞之间通过细胞外囊泡(EVs)交换功能性mRNA。
  • 证实了接收了恶性细胞EVs的良性肿瘤细胞,其迁移能力和转移潜能显著增强,即发生了“表型复制”(Phenocopying)。
  • 揭示了细胞外囊泡介导的物质交换是肿瘤异质性动态演进和恶性进展的重要机制,为肿瘤治疗提供了新的潜在靶点。

研究背景:肿瘤异质性——一个移动的靶标

肿瘤并非由单一类型的癌细胞构成,其内部存在着巨大的异质性。不同亚群的细胞在增殖、侵袭和耐药性上表现各异,这种复杂性是导致癌症治疗失败和复发的主要原因。一个长期存在的关键问题是:肿瘤内部的细胞是如何相互“沟通”的?那些高度恶性的细胞,能否将它们的“坏习惯”传给相对“温和”的邻居,从而加速整个肿瘤的恶化?解答这个问题,需要在活体层面“亲眼看到”这一过程。

细胞外囊泡介导肿瘤细胞间信息交换的原理示意图
细胞外囊泡介导肿瘤细胞间信息交换的原理示意图

核心挑战:如何在活体内“捕捉”细胞间的秘密对话?

在培养皿中研究细胞通讯相对容易,但在一个包含亿万细胞、结构复杂的活体肿瘤中,要精确识别哪些细胞发出了信号、哪些细胞接收了信号,并证明这种信号传递直接导致了接收细胞的行为改变,无疑是大海捞针。研究者需要一种技术,不仅能区分不同来源的细胞,还能标记出“刚刚完成交流”的特定细胞,并对其进行长时间的动态行为追踪,这对成像技术的灵敏度、分辨率和多色分辨能力提出了极高的要求。

前沿技术路径与科辰星飞解决方案

为攻克这一难题,论文作者采用了先进的 intravital imaging (活体显微成像) 技术,实时追踪了Cre-LoxP系统介导的红绿荧光转换。这一思路为领域内研究者提供了宝贵借鉴。要开展类似的、涉及多种荧光蛋白(如本文中的CFP、DsRed、eGFP)的肿瘤转移活体成像研究,一台高性能的多光谱小动物活体荧光成像系统是成功的关键。科辰星飞的 LumiFluor AVIS X 6 小动物活体成像系统正是为应对此类挑战而设计的。其配备的高灵敏度深度制冷相机,结合专业级的窄带滤光片和先进的光谱拆分算法,能够最大限度地分离并识别不同荧光信号,即便在信号微弱或光谱重叠的情况下,也能确保数据的准确性,为研究人员清晰地呈现肿瘤微环境中复杂的细胞动态互作。对于需要长时间稳定成像的实验,配合使用 MZ-A小动物麻醉系统,可确保实验过程的平稳和数据的可重复性。

利用 LumiFluor AVIS X 6 活体成像系统开展同类研究的核心思路

  • **第一步:荧光报告模型的构建与筛选**:选择光谱间隔足够远、亮度高的荧光蛋白构建报告系统(如mCherry替代DsRed,mNeonGreen替代eGFP),并在体外验证系统的可靠性与转换效率。利用LumiFluor AVIS X 6的宽光谱成像能力,可以快速筛选出信噪比最佳的荧光探针组合。
  • **第二步:多色肿瘤原位模型的建立**:将两种或多种不同荧光标记的肿瘤细胞系(如“信号发出者”与“信号接收者”)以特定比例混合后,原位接种于小鼠(如乳腺脂肪垫),构建可供长期观察的肿瘤模型。
  • **第三步:长时程、多通道成像序列的设定**:在LumiFluor AVIS X 6系统中,为每种荧光蛋白设置最优的激发/发射滤片组合。制定合理的成像计划(例如,每24小时采集一次数据,持续2-3周),以动态追踪“信号接收者”中报告基因(如绿色荧光)的出现与增强,以及肿瘤整体的生长和转移情况。
  • **第四步:图像分析与功能验证的结合**:利用系统软件对连续采集的荧光信号进行定量分析,计算荧光转换的细胞比例。在实验终点,结合离体器官成像(如肺、肝),精确量化转移灶的数量和荧光来源,从而将活体观察到的细胞行为变化与最终的转移能力直接关联起来。
小动物活体荧光成像技术捕捉到的肿瘤细胞表型转换的真实图像
小动物活体荧光成像技术捕捉到的肿瘤细胞表型转换的真实图像

关键成果与科学意义

这项研究提供了直接的体内证据,表明肿瘤细胞之间可以通过细胞外囊泡进行局部和全身性的mRNA交换,从而导致接收细胞的转移行为被“复制”,深刻地改变了我们对肿瘤恶性演进的认识。

该研究的成功,不仅揭示了肿瘤进展的一个全新维度,更凸显了先进活体成像技术在生命科学前沿探索中的决定性作用。它将复杂的分子事件以直观的图像呈现在我们眼前,让“看见”成为“相信”的基石。科辰星飞致力于提供专业的活体成像系统解决方案,助力更多科研工作者突破技术瓶颈,在肿瘤学、免疫学、神经科学等领域做出更多突破性的发现。

实现同等级别研究的解决方案

本案例中提及的关键技术可通过以下 科辰星飞 产品实现

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