A three-dimensional imaging pipeline for the detection of vasculogenic mimicry in mouse tumor models
本文介绍了一种利用光片显微技术和荧光标记番茄凝集素的三维成像流程，用于在多种小鼠肿瘤模型中明确检测并确认血管拟态血管的功能性，从而克服了传统二维组织学方法的局限性。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在不断增长的肿瘤内部，细胞面临着一个迫切的问题：它们需要稳定的氧气和营养供应才能生存，但它们往往离身体自然的血管太远，无法获取这些资源。为了解决这个问题，许多肿瘤试图建立自己的管道网络。几十年来，科学家们一直认为这些新管道是由人体自身的血管细胞构建的，这一过程被称为血管生成（angiogenesis）。然而，一个更令人不安的发现改变了这一观点。研究人员发现，在某些侵略性癌症中，肿瘤细胞本身可以改变其形状和行为，从而充当血管细胞。它们排列成中空的管状结构来输送血液，实际上是在为肿瘤创造一条私人的高速公路系统。这种现象被称为血管拟态（vasculogenic mimicry）。由于这些自制的血管使肿瘤能够长得更大并更容易扩散，它们与患者的预后不良密切相关。然而，证实这些血管确实存在于活体肿瘤内部并发挥功能一直极其困难，这使得科学家们并不确定它们的普遍程度，也不确定该如何阻止它们。
过去寻找这些血管的标准方法涉及取一薄片肿瘤组织，并用两种不同的染料进行染色。一种叫做 CD31 的染料会点亮正常的血管细胞。另一种被称为 PAS 的染料则会突出显示血管内部的一种糖类涂层。其逻辑很简单：如果一个管状结构具有糖类涂层但缺乏正常的血管细胞，那么它一定就是肿瘤制造的血管。然而，这种方法有一个重大缺陷。这种糖类染色并不针对血管具有特异性；它也会粘附在肿瘤的其他部分，从而产生虚假警报。此外，观察单层薄片的组织无法证明该管状结构是否真的在输送血液，也无法证明其整个长度范围内是否真的不存在正常细胞。这就像试图通过一张街道的照片来了解一座城市的布局；你可能会错过连接关系以及建筑物的真实本质。
为了获得更清晰的图像，一个研究团队开发了一种在三维空间中观察这些结构的新方法。他们不再依赖薄片组织，而是使用来自小鼠的完整肿瘤组织块。首先，他们向小鼠的静脉中注射了一种荧光染料。这种由番茄凝集素（tomato lectin）制成的染料充当示踪剂，可以流经任何开放且具有功能的血管，从而点亮管腔内部。在染料循环后，研究人员移除肿瘤，并使用一种特殊的化学过程使组织透明化，有点像将一块玻璃变成透明的窗户。然后，他们用一种标记正常血管细胞的标记物对组织进行染色。最后，他们使用一台能够从不同角度拍摄数千张图像的强力显微镜，重建肿瘤内部整个血管网络的 3D 结构。
当他们将这种新方法应用于各种乳腺癌和肺癌模型时，结果令人震惊。使用旧方法（即在平面切片上使用两种染料）表明许多血管是肿瘤制造的。然而，这种新的 3D 成像技术揭示了大部分被怀疑是此类血管的结构实际上并不携带血液。事实上，研究人员发现，传统方法大大高估了功能性肿瘤制造血管的数量。在某些情况下，在旧方法中看起来像肿瘤血管的结构中，实际能够输送血液的比例不足 2%。新技术的显示表明，虽然功能性的肿瘤制造血管确实存在，但它们远没有之前认为的那么普遍，而且旧方法经常将其他糖类结构误认为是血管。
这项研究不仅仅是修正了数据，它还提供了第一个令人信服的视觉证据，证明这些肿瘤制造的血管确实可以与宿主的血液供应相连并输送血液。在几个模型中，研究人员观察到了完全不含正常血管细胞的肿瘤管，但这些管内充满了荧光示踪剂，证明它们是开放且流动的。他们甚至观察到了“镶嵌”血管，即正常血管细胞和肿瘤细胞共享同一个管腔，以及肿瘤制造的血管直接连接到正常血管的交界处。为了绝对确定这些血管是由肿瘤细胞而非其他类型的宿主细胞所衬托，他们使用了一种特殊的基因改造小鼠模型，其中小鼠所有的自身细胞都会发出绿光。他们发现了一些血管内充满了红色示踪剂，但周围没有任何绿光环绕的现象，这证实了这些特定的管腔仅由肿瘤细胞构成。
这项工作为检测这些危险血管建立了一个新的、更可靠的标准。通过展示旧方法容易出错，研究人员明确了我们需要寻找什么来发现它们。这种新的 3D 管线技术让科学家能够看到肿瘤血液供应的完整结构，确认哪些血管是真实且具有功能的。这种清晰度对于开发新药至关重要。如果科学家无法准确识别这些血管，他们就无法设计出旨在阻止它们的治疗方案。通过提供一张关于这些血管如何形成和运作的清晰地图，这项研究为旨在切断肿瘤自制生命线的未来疗法提供了坚实的基础。
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