原位集成光电关联（SECOM）在癌症研究中应用

原位集成光电关联（SECOM）在癌症研究中应用

癌症研究主要研究癌症成因和开发对应治疗方法的重要科研领域。癌症的发展和传播是在一个细胞或一组细胞的基因内开始的动态过程。

将荧光显微镜与扫描电子显微镜结合成组成集成式原位光电关联显微镜（iCLEM），是创新实现癌症预防和治疗策略研究所需的重要工具。

集成光电关联显微iCLEM系统（delmic公司SECOM平台）具有以下优点：

• 观察疾病发展过程中罕见和短暂事件，如侵袭，转移以及细胞对治疗的反应

• 将官能与结构相关联，深入理解癌细胞环境中细胞的行为方式

• 标定感兴趣的研究区域

图1：脂质二酰基甘油在GFP-C1表达的HeLa细胞膜内的定位，Francis Crick Institute使用delmic公司的SECOM集成式原位光电关联显微成像在癌症方面的研究

癌症的发展过程

要了解癌症，必须研究疾病发展过程和转移的途径。癌症起源于细胞分裂期的突变。细胞通常正常分裂，但有时某些细胞不遵循限制其分裂的指令而发生特定的突变。这意味着细胞分裂失控，导致肿瘤。大多数治疗策略只适用于癌症未扩散到身体其他部位前的原发性肿瘤。

转移是肿瘤细胞入侵周围组织，进入血液循环，通过体内器官传播，并在新的组织环境中建立自身的过程。科学家需要了解肿瘤细胞在新的周围组织环境下如何工作机制。

获得癌细胞工作机制的一种方式是直接在体内研究肿瘤细胞。但是单独使用荧光或电子显微镜时，很难获得体内癌细胞的详细数据。然而，通过荧光显微镜与电子显微镜的结合，科学家可以使用荧光标记靶向具体的感兴趣研究区域，随后在电子显微镜下以纳米级分辨率研究样品超微结构。这种创新的光电联用（关联CLEM）方法能够以高分辨率研究瞬态事件，从而为癌症发展和传播过程的研究带无限可能。 [1]

癌症在纳米级尺度的工作机制

图2：斑马鱼切片，使用荧光标记和SECOM光电光关联显微镜成像。斑马鱼通常被用作研究癌症的替代物，因为斑马鱼与人类具有相似的基因结构。样品由Institute of Biology Leiden 莱顿生物研究所Gerda Lamers提供。

转移是癌症环境中发生特殊变化的结果。理解癌细胞在纳米尺度转移过程，对于开发限制癌症转移到身体其他部位的方法至关重要。使用SECOM光电关联显微镜（iCLEM），科学家们能够探测到转染和培养的结肠直肠癌细胞中SMAD4基因的损失。该基因的丢失与转移有关，这导致结肠直肠癌影响人体健康。

研究人员还观察到细胞形状和小细胞突起的变化。这些是由于缺乏SMAD4而发生的BMP（骨形态发生蛋白）激活的结果。这也导致存在invadopodia，从这些突起可以观察到的肌动蛋白和皮质激素。 Invadopodia降解细胞外基质并有助于转移。

作者认为，只有原位光电关联系统可以同时实现高孔径荧光和电子显微镜成像，可以观察到细胞中的这些微小变化。特别是小细胞突起和荧光染色的肌动蛋白和皮质激素的分布变化，提供结肠直肠癌转移的重要信息。换句话说，通过将荧光提供的标记与来自扫描电子显微镜的高分辨率结构信息相结合，才能够观察到纳米尺度上生物化学变化细节。 [2]

定位感兴趣研究区域

在探索靶向乳腺癌治疗的可能性的研究中，以高分辨率定位感兴趣研究区域的能力至关重要。在这项研究中，乳腺癌细胞暴露于荧光标记的RGD靶向氧化锌（ZnO）纳米颗粒，已经被认为是癌症治疗的重要工具。

光电关联显微展示纳米颗粒在被癌细胞吸收时溶解成Zn2 +，随后是凋亡的红色或细胞死亡。作者强调集成式原位光电关联显微解决方案在细胞水平开发有效治疗的重要性。 [3]

图3：使用SECOM光电关联显微镜成像的Hela Kyoto细胞表达GalNAC-T2-GFP和组蛋白2B-mcherry。样品来源：P. Ronchi＆Y. Schwab，EMBL。

References

[1] Karreman, Matthia A., et al. "Correlating intravital multi-photon microscopy to 3D electron microscopy of invading tumor cells using anatomical reference points." PloS one 9.12 (2014): e114448.
[2] Voorneveld, Philip W., et al. "Loss of SMAD4 alters BMP signaling to promote colorectal cancer cell metastasis via activation of Rho and ROCK." Gastroenterology 147.1 (2014): 196-208.

[3] Othman, Basmah A., et al. "Correlative Light‐Electron Microscopy Shows RGD‐Targeted ZnO Nanoparticles Dissolve in the Intracellular Environment of Triple Negative Breast Cancer Cells and Cause Apoptosis with Intratumor Heterogeneity." Advanced healthcare materials 5.11 (2016): 1310-1325.

应用案例

有关癌症研究的应用案例即将公布。同时，您可以访问我们的网站或直接联系我们，了解Delmic的光电关联显微镜解决方案 SECOM平台。