多光子顯微技術用于可視化探索腦膜瘤微環(huán)境

腦膜瘤是腦膜腫瘤中最常見的類型，占所有原發(fā)性腦腫瘤的比例超過30%。盡管在放射治療、化療和外科手術領域取得了重大進展，腦膜瘤仍是人類腫瘤中復發(fā)率較高的一種。深入探究腦膜瘤的發(fā)展機制和開發(fā)新的治療策略顯得尤為關鍵。當前，腫瘤微環(huán)境對腦膜瘤發(fā)展的影響已經(jīng)受到越來越多的關注，而針對腫瘤微環(huán)境的治療策略也被納入腦膜瘤治療的考量之中。在對腦膜瘤微環(huán)境的研究中，實現(xiàn)對腦膜瘤微環(huán)境的可視化是研究的一個關鍵環(huán)節(jié)。

研究背景與技術挑戰(zhàn)
腦膜瘤微環(huán)境的復雜性
腦膜瘤的微環(huán)境是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，包含腫瘤細胞、血管、膠原纖維等多種成分。這些成分相互作用，共同影響著腫瘤的生長、侵襲和轉移。傳統(tǒng)成像技術如計算機斷層掃描（CT）和核磁共振成像（MRI）在宏觀層面提供了重要的解剖信息，但在微觀層面的分辨率有限，難以捕捉到腦膜瘤微環(huán)境的細微特征。

技術創(chuàng)新與應用
多光子顯微技術的優(yōu)勢
多光子顯微技術作為一種非線性光學技術，主要基于雙光子激發(fā)熒光（TPEF）和二次諧波生成（SHG）。與單光子顯微技術相比，多光子顯微技術展現(xiàn)出更小的光損傷和光漂白效應，并且具有無需添加外源性熒光探針即可實現(xiàn)實時成像的優(yōu)勢。因此，多光子顯微技術能夠在無標記的條件下對腦膜瘤微環(huán)境進行細胞水平的成像。

多模態(tài)技術的聯(lián)合應用
研究團隊采用了無標記的多光子顯微成像技術來分析腦膜瘤的微環(huán)境。該技術聯(lián)合了二次諧波技術（SHG）、雙光子激發(fā)熒光技術（TPEF）和圖像分析技術，無標記地對腦膜瘤微環(huán)境進行研究。這種多模態(tài)顯微技術的應用提供了一種新的視角來觀察和分析腦膜瘤的微環(huán)境。

成像實驗與結果分析
實驗樣本與成像系統(tǒng)
研究團隊對3份正常硬腦膜組織樣本和35份腦膜瘤樣本進行了成像分析。系統(tǒng)設置兩個通道來觀察腦膜瘤的微環(huán)境：一個通道用于TPEF成像，并用紅色表示；另一個通道用于SHG成像，用綠色定義。

腦膜瘤微環(huán)境的特征分析
纖維型腦膜瘤：纖維型腦膜瘤主要包含長梭形腫瘤細胞，其細胞外基質中含有豐富的膠原纖維。這些膠原纖維能夠產(chǎn)生明顯的SHG信號，并以平行或交叉的方式排列。在圖像中可見，膠原纖維以束狀、片狀或點狀分布，同時釋放SHG和TPEF信號，表現(xiàn)為黃色。

血管型腦膜瘤：血管型腦膜瘤中血管豐富，這些血管的內徑和壁厚變化不一，且多數(shù)血管顯示出透明樣變性的特征。通過識別膠原纖維的SHG信號和彈力纖維的TPEF信號，可以清晰識別出微環(huán)境中的血管。

砂粒體型腦膜瘤：砂粒體型腦膜瘤的微環(huán)境中，砂粒體是其顯著特征。砂粒體不僅產(chǎn)生強烈的TPEF信號，還伴隨著明顯的SHG信號，使得砂粒體在多光子顯微圖像中清晰可辨，通常呈現(xiàn)圓形。

過渡型腦膜瘤：過渡型腦膜瘤的腫瘤細胞融合了上皮樣腦膜瘤和纖維型腦膜瘤的特點。在過渡型腦膜瘤的微環(huán)境中，膠原纖維形成了螺旋狀結構，部分區(qū)域可見由膠原沉積構成的膠原小體，這些膠原小體能夠產(chǎn)生強烈的SHG信號。

圖像分析與定量評估：通過圖像分析技術，研究團隊能夠自動檢測血管和膠原纖維，并準確評估它們的密度和分布。定量分析結果顯示，正常硬膜膠原纖維密度為0.79±0.13，血管密度0.35±0.11。腦膜瘤中，纖維型膠原密度最高，血管型血管密度最高（4.57±1.83），各亞型間差異顯著（P<0.001）。這表明多光子技術結合圖像分析可準確量化微環(huán)境特征，為腫瘤分型和治療評估提供依據(jù)。

總結與展望
研究采用無標記的多光子顯微成像技術，成功實現(xiàn)了腦膜瘤微環(huán)境的可視化，并通過圖像分析技術對膠原纖維和血管進行了定量評估。研究結果表明，多光子顯微技術不僅能清晰揭示腦膜瘤微環(huán)境的細節(jié)，還能為研究腦膜瘤提供更直觀和詳細的信息。與傳統(tǒng)H&E染色方法相比，該方法具有快速、提供更詳盡圖像特征和定量參數(shù)的優(yōu)勢。

隨著光纖技術和多光子內窺鏡技術的進一步發(fā)展，多光子顯微鏡有望成為研究和開發(fā)針對腫瘤微環(huán)境的靶向治療策略的重要工具。在臨床腦膜瘤治療中，這一技術有望發(fā)揮重要作用，為醫(yī)生提供實時、高分辨率的腫瘤微環(huán)境圖像，從而更精確地進行腫瘤切除，提高患者的治療效果和生存率。同時，多光子顯微技術在腦膜瘤微環(huán)境研究中的應用，也將為科學家們深入理解腫瘤生物學特性提供新的視角和方法，推動相關研究的不斷深入。

聲明：本文僅用作學術目的。

方娜, 吳贊藝, 王行富, 胡立文, 蔡清遠, 陳建新. 基于多光子顯微技術的腦膜瘤微環(huán)境可視化研究[J]. 中國激光, 2025, 52(09): 02.

DOI:10.3788/CJL241371.