在傳統(tǒng)培養(yǎng)皿中研究癌細(xì)胞有不少缺陷。這些細(xì)胞原本生長在腫瘤三維環(huán)境中，而培養(yǎng)皿只能提供二維環(huán)境。與腫瘤表面靠近血管的細(xì)胞相比，腫瘤中央的細(xì)胞更難獲取氧和營養(yǎng)物質(zhì)。這種微小的位置差異實(shí)際上對細(xì)胞行為有很大影響，但在培養(yǎng)皿中很難得到體現(xiàn)。

但是，目前癌癥生物學(xué)相關(guān)的大多數(shù)圖像，是來自于平坦的二維表面的細(xì)胞，科學(xué)家們有時(shí)候使用這些圖像，對一個(gè)更復(fù)雜的環(huán)境中的細(xì)胞行為做出結(jié)論。2月22日在《Developmental Cell》發(fā)表的一項(xiàng)研究，介紹了一種新的高分辨率顯微鏡，可以影像三維空間中的癌細(xì)胞，并記錄它們是如何對其環(huán)境的其他部分發(fā)出信號，從而揭示了以前曾被忽視的“癌細(xì)胞如何在生物體內(nèi)生存和擴(kuò)散”的生物學(xué)基礎(chǔ)。

本文資深作者、德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的光學(xué)科學(xué)家Reto Fiolka指出：“有明顯的證據(jù)表明，環(huán)境強(qiáng)烈影響著細(xì)胞的行為，因此，在玻璃上進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，必須至少引起質(zhì)疑。我們的顯微鏡是一種工具，可以使我們深入了解驅(qū)動(dòng)癌細(xì)胞行為的分子機(jī)制，因?yàn)樗沟梦覀兡軌蛟诟普娴哪[瘤環(huán)境中，對癌細(xì)胞進(jìn)行高分辨率成像。”

在他們的研究中，Fiolka和他的同事，包括共同資深作者Gaudenz Danuser，和共同第一作者Meghan Driscoll、Erik Welf，用他們的顯微鏡，對來自于患者的不同類型皮膚癌細(xì)胞進(jìn)行影像。他們發(fā)現(xiàn)，不同于載玻片，在3D環(huán)境中（細(xì)胞通常居住的環(huán)境），多個(gè)黑色素瘤細(xì)胞系和原發(fā)性黑色素瘤細(xì)胞（來自于具有不同基因突變的患者），會形成許多小的突起，稱為小泡。一種假設(shè)是，這種起泡可以幫助癌細(xì)胞生存或左右移動(dòng)，因此可以在患者的皮膚癌細(xì)胞侵襲性和耐藥性中發(fā)揮作用。

研究人員說，這是在腫瘤微環(huán)境中了解三維生物學(xué)的第一步。由于這些類型的圖像僅用肉眼看，可能太復(fù)雜，因此不能加以解釋，下一步將是開發(fā)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)平臺，來提取和處理信息。

本文共同第一作者、細(xì)胞生物學(xué)家Erik Welf指出：“當(dāng)我們設(shè)想這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們首先問的是，我們想測量的是什么，并設(shè)計(jì)了顯微鏡和分析平臺，來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?，F(xiàn)在我們希望，不是問我們可以測量什么，而是科學(xué)家們會問我們必須測量什么，從而為癌癥細(xì)胞生物學(xué)做出有意義的貢獻(xiàn)。”目前，這種顯微鏡控制軟件和圖像分析代碼，可免費(fèi)提供給科學(xué)界使用。

如今，越來越多的研究者們熱衷于在天然環(huán)境下觀察腫瘤細(xì)胞的活動(dòng)。以往的腫瘤研究通常是靜態(tài)的，需要研究者們推測腫瘤細(xì)胞和環(huán)境細(xì)胞的活動(dòng)，揣摩它們之間的相互作用。在2014年5月，Nature就推出特寫，告訴我們?nèi)绾尾蹲桨┘?xì)胞的一舉一動(dòng)。2014年11月，約翰霍普金斯大學(xué)的工程師發(fā)明了一種設(shè)備，可讓癌癥研究人員在前所未有的顯微結(jié)構(gòu)水平上，來研究癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移（metastasis。該裝置通過精確闡明腫瘤細(xì)胞是如何擴(kuò)散的，能夠發(fā)現(xiàn)新的方法來阻止癌癥。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Cancer Research》雜志。而在去年11月份，科學(xué)家們開發(fā)了一種卷紙形式的新癌細(xì)胞培養(yǎng)平臺，可以更好的模擬腫瘤三維環(huán)境。這項(xiàng)成果發(fā)表在Nature Materials雜志上，有望加速抗癌藥物的研發(fā)，幫助人們理解癌細(xì)胞的行為。