脑癌症纳米级可视化的新方法

来自布莱根妇女医院和麻省理工学院（MIT）的研究人员通过使用一种称为去压缩扩张病理学（dExPath）的新显微镜技术，公布了癌症脑组织的前所未有的详细图像。他们的研究结果发表在《科学转化医学》上，为癌症的发展提供了新的见解，对推进侵袭性神经疾病的诊断和治疗具有潜在意义

“过去，我们依赖昂贵的超分辨率显微镜，只有资金充足的实验室才能负担得起，使用这些显微镜需要专门的培训，而且在分子水平上对脑组织进行高通量分析时往往不切实际，”该研究的主要作者、布莱根大学神经外科住院校友Pablo Valdes医学博士说。“这项技术为临床带来了可靠的超分辨率成像，使科学家能够用传统显微镜在传统临床样本上以前所未有的纳米级水平研究神经疾病。”

研究人员以前依靠昂贵的超高分辨率显微镜对细胞和脑组织中的纳米级结构进行成像，即使使用最先进的技术，他们也经常难以在纳米级水平上有效捕捉这些结构

Ed Boyden，博士，麻省理工学院神经技术学教授，也是这项研究的共同高级作者，开始通过标记组织，然后对其进行化学修饰，使组织能够均匀物理膨胀来解决这个问题。然而，这种扩展技术远非完美。依靠被称为蛋白酶的酶来分解组织，科学家们发现，这种用酶进行的化学处理在蛋白质分析之前就破坏了蛋白质，只留下了原始结构的骨架，只保留了标签

Boyden和E.Antonio Chiocca，医学博士，博士，布莱根妇女医院神经外科主任，本研究的共同高级作者，在Valdes接受神经外科医生科学家培训期间指导他，用dExPath开发新的化学物质，以解决原始扩展技术的局限性

他们的新技术通过将组织包埋在凝胶中并用特殊的化学处理“软化”组织来对组织进行化学修饰，这种化学处理可以在不破坏蛋白质结构的情况下分离蛋白质结构，并使组织膨胀。这为麻省理工学院和布莱根大学的研究人员提供了令人兴奋的发现，他们经常使用市售抗体与样本中的生物标志物结合并阐明

然而，抗体很大，很多时候不能轻易穿透细胞结构到达目标。现在，通过用dExPath将蛋白质拉开，这些用于染色的抗体可以穿透空间，结合组织中在扩增前无法进入的蛋白质，突出以前隐藏的纳米结构甚至细胞群

布莱根大学神经外科主任E.Antonio Chiocca医学博士说：“人类大脑有几个挡块来保护自己免受病原体和环境毒素的侵害。但这些元素使研究大脑活动变得具有挑战性。这可能有点像开车穿过泥地和沟渠。由于障碍物，我们无法进入大脑中的某些细胞结构。”。“这正是这项新技术改变实践的原因之一。如果我们能够拍摄更详细、更准确的脑组织图像，我们就可以识别更多的生物标志物，并更好地诊断和治疗侵袭性脑疾病。”

为了验证dExPath的有效性，Boyden和Chiocca的团队将这项技术应用于健康的人脑组织、高级别和低级别的癌症脑组织以及受阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病影响的脑组织。研究人员对组织进行脑部和疾病特异性生物标志物染色，并在用dExPath扩增样本前后拍摄图像

结果显示组织均匀一致地膨胀，没有变形，能够准确分析蛋白质结构。此外，dExPath有效地消除了脑组织中称为脂褐素的荧光信号，这使得脑组织亚细胞结构的成像非常困难，从而进一步提高了图像质量。此外，dExPath提供了更强的荧光信号，用于改进标记以及同时标记同一组织样本中的多达16个生物标志物。值得注意的是，dExPath成像显示，以前被归类为“低级别”的肿瘤包含更具侵袭性的特征和细胞群，这表明肿瘤可能会变得比预期的危险得多

尽管前景看好，但dExPath需要对较大样本量进行验证，才能有助于诊断癌症等神经疾病。瓦尔德斯强调，尽管仍处于早期阶段，但他的团队希望这项技术最终成为诊断工具，最终提高患者的预后

V说：“我们希望通过这项技术，我们可以在纳米级更好地了解脑肿瘤的复杂工作原理及其与神经系统的相互作用，而不必依赖过于昂贵的实验室设备。”