實體瘤是高度異質(zhì)的，并且將表現(xiàn)出非常不同的特定細(xì)胞類型的分布，例如免疫系統(tǒng)巨噬細(xì)胞 - 其參與腫瘤微環(huán)境中的腫瘤進(jìn)展。德國科學(xué)家現(xiàn)已開發(fā)出一種技術(shù)，結(jié)合了一種光聲成像和無害的光合紫色紅細(xì)菌，可直觀地顯示實驗小鼠乳腺腫瘤中這些腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)的存在。

慕尼黑Helmholtz Zentrum，慕尼黑技術(shù)大學(xué)Juelich研究中心和杜塞爾多夫海因里希海涅大學(xué)的研究人員表示，他們的方法最終可以利用細(xì)菌檢測腫瘤，識別增加的巨噬細(xì)胞活動，并監(jiān)測反應(yīng)免疫療法。最終，該技術(shù)可以幫助開發(fā)更好，個性化的抗癌治療策略。

“我們能夠證明，對人類無害的紅細(xì)菌屬細(xì)菌適合作為巨噬細(xì)胞存在和活動的間接標(biāo)記，”生物研究所細(xì)胞工程組負(fù)責(zé)人Andre C. Stiel博士說。和醫(yī)學(xué)影像(IBMI)，HelmholtzZentrumMünchen。

腫瘤表現(xiàn)出非?？臻g異質(zhì)的形態(tài)學(xué)，生理學(xué)和免疫學(xué)，包括不同細(xì)胞類型的亞群，例如巨噬細(xì)胞。雖然巨噬細(xì)胞對于健康的免疫系統(tǒng)的功能是必不可少的，但它們也可以引發(fā)腫瘤組織的炎癥，這可以導(dǎo)致進(jìn)一步的疾病進(jìn)展。作者解釋說，這種腫瘤異質(zhì)性使我們對腫瘤進(jìn)展的理解變得復(fù)雜，并且是對治療決策的挑戰(zhàn)。目前的顯微鏡和基于放射學(xué)的成像方法對于研究腫瘤異質(zhì)性并不理想，因為它們具有有限的視野和穿透深度，或者因為它們提供有限的空間分辨率，或者太昂貴。

他們轉(zhuǎn)而采用多光譜光聲(OA)斷層掃描(MSOT)，這是一種將光學(xué)對比度與超聲分辨率相結(jié)合的成像技術(shù)，可實現(xiàn)超出當(dāng)前顯微鏡方法穿透深度的高分辨率，實時體內(nèi)成像。“因此，它正在成為癌癥研究中一種特別有趣的替代成像方法，”研究人員評論道。然而，該技術(shù)的一個缺點是當(dāng)使用沒有標(biāo)簽時，MSOT只能突出有限數(shù)量的腫瘤特征。

已經(jīng)測試了幾種標(biāo)記方法來擴展光聲容量，但是研究人員轉(zhuǎn)向了一種新的標(biāo)記方法，該方法利用了紅細(xì)菌屬的光合細(xì)菌，紅細(xì)菌是一種生活在停滯和流動的水中的無害生物，它產(chǎn)生不同的色素來進(jìn)行光合作用。這些色素中的一種是細(xì)菌葉綠素a(Bchl a)，其可以與MSOT一起用于定位實體瘤。然而，正如作者所述，迄今為止，“......沒有研究嘗試使用細(xì)菌進(jìn)行病理生理過程的體內(nèi)監(jiān)測。”

根據(jù)HelmholtzZentrumMünchen的說法，在MSOT掃描期間，光最初會被轉(zhuǎn)換為聲音，然后轉(zhuǎn)換為視覺信息。弱的脈動激光束被引導(dǎo)到身體上感興趣的部位，這使得細(xì)胞和分子最小程度地加熱并且以類似的最小振動響應(yīng)，這產(chǎn)生聲信號。這些信號由傳感器檢測，并轉(zhuǎn)換為圖像。確切地說，單個細(xì)胞和分子如何響應(yīng)激光取決于它們的光學(xué)性質(zhì)，以及報道的關(guān)于紅細(xì)菌色素性質(zhì)的研究。

科學(xué)家們將MSOT與紫色Rhodobacter生物的使用相結(jié)合，對活體小鼠腫瘤環(huán)境中的巨噬細(xì)胞進(jìn)行成像。巨噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌作為其自然清除的一部分，其作用是改變細(xì)菌的環(huán)境，因此它們吸收電磁輻射，這反過來改變了光聲信號，然后可以檢測到。“這些特性可以用于，例如，在腫瘤的情況下，報告巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的可及性，”作者評論道。“值得注意的是，我們發(fā)現(xiàn)光譜模式的可再現(xiàn)(n = 3)時空變化取決于應(yīng)變，腫瘤模型和注射后不同時間腫瘤內(nèi)的定位。”

他們聲稱他們的結(jié)果清楚地將光譜特征的變化與組織不同區(qū)域的巨噬細(xì)胞活動聯(lián)系起來，“這對于理解腫瘤微環(huán)境以及巨噬細(xì)胞的空間和時間上不同的可塑性，活性和整體功能有重要貢獻(xiàn)......因此，目前的工作為應(yīng)用OA成像和Rhodobacter菌株作為記者研究巨噬細(xì)胞在臨床前癌癥研究中的病理生理作用提供了一個起點，并有助于制定細(xì)菌腫瘤治療策略。

“在進(jìn)一步的步驟中，這些細(xì)菌將為非侵入性技術(shù)提供新的方法，從而為創(chuàng)新的診斷和治療程序開辟全新的可能性，”杜塞爾多夫海因里希海涅大學(xué)細(xì)菌光生物技術(shù)小組負(fù)責(zé)人Thomas Drepper博士說。

“總之，Rhodobacter物種具有多種特性，使其成為腫瘤異質(zhì)性臨床前研究的有希望的候選者，”作者總結(jié)道。“我們的結(jié)果現(xiàn)在證明了這類光合細(xì)菌的有用性，通過顯示它們的BChl a可以通過MSOT非常有效地識別，并且它們獨特的光譜特征的變化是巨噬細(xì)胞活性的函數(shù)，這可以提供對體內(nèi)腫瘤生物學(xué)的見解。 “。

研究人員進(jìn)一步建議，Rhodobacter可能代表“一種真正多功能的智能微包裝系統(tǒng)”，可用于將DNA和活性物質(zhì)輸送到腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞中，同時還可以實現(xiàn)基于MSOT的藥物釋放監(jiān)測。