在Mikala Egeblad第一次拍攝***小鼠體內(nèi)腫瘤細胞的視頻影像時，沒有人能夠相信這是真的。因為在此之前，她一直都在研究顯微鏡下的靜態(tài)圖像，也就是那些被制成冷凍切片的腫瘤細胞在被冷凍那一瞬間所固定住的圖像。但是對***動物體內(nèi)的腫瘤細胞進行動態(tài)觀察的方法又重新給這些細胞賦予了新的生命。美國紐約冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory in New York）的腫瘤研究專家Egeblad評價道：“當(dāng)你打開顯微鏡，對鏡下的***小鼠進行觀察時，那些腫瘤細胞突然就瘋跑起來，這的確徹底顛覆了我的傳統(tǒng)觀念。”

    慢慢地，越來越多的腫瘤研究者們開始對這種能夠觀察到真實環(huán)境下腫瘤細胞的方法產(chǎn)生了興趣。在對非***環(huán)境中的、“靜態(tài)的”人工培養(yǎng)組織進行研究時，科研人員們只能推測腫瘤細胞，以及腫瘤細胞周圍的其他細胞各自起到了什么作用，它們彼此之間又是如何相互作用的?？墒抢眠@種“***內(nèi)攝影技術(shù)（intravital imaging）”，我們可以對***動物體內(nèi)的腫瘤細胞進行長時間的跟蹤，這樣就非常容易觀察到腫瘤細胞與其他細胞和組織之間的相互作用，而且還可以幫助科研人員發(fā)現(xiàn)那一小部分最危險的腫瘤細胞，也就是那些難治的、導(dǎo)致癌癥發(fā)生的腫瘤細胞。

    這種***內(nèi)攝影技術(shù)還非常年輕，科研人員們也還在努力找到最合適的方法，以便對動輒就高達數(shù)GB的影像記錄進行最好的分析。不過在近十年來，使用這種技術(shù)的科研人員越來越多，這也幫助我們找到了關(guān)鍵細胞事件（比如腫瘤細胞侵入血管的事件）和分子事件的時間線。根據(jù)這些線索，科學(xué)家們也提出了各種假說，有關(guān)于腫瘤生長的假說，也有關(guān)于腫瘤擴散、耐藥等各方面的假說。這些信息最終可以幫助新藥開發(fā)人員了解腫瘤細胞的真正耐藥機制。

    在一個充滿了視頻的時代，這種攝影技術(shù)一下子就引起了大家的興趣。荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)（Radboud University Nijmegen in the Netherlands）的Peter Friedl介紹道：“我們播放視頻之后，大家看到了腫瘤損害形成的動態(tài)過程，一下子就從椅子上站了起來，這是一種前所未有的體驗。”

    深入體內(nèi)

    腫瘤生物學(xué)家們是在上世紀的90年代末才開始使用這種***內(nèi)攝影技術(shù)。當(dāng)時是將一個功能強大的顯微鏡對準麻醉之后，***組織被手術(shù)切開之后充分暴露的小鼠，進行觀察和拍攝。逐漸有更多的實驗室開始利用這項技術(shù)，對更深層次的組織內(nèi)部（目前已經(jīng)達到了20個細胞的深度）進行觀察，獲得讓我們驚嘆不已的豐富信息。隨著各種分子標(biāo)志物的出現(xiàn)，科學(xué)家們又有了更多、更好的工具，現(xiàn)在已經(jīng)可以對8種不同的細胞（包括各種不同的免疫系統(tǒng)細胞和血管內(nèi)皮細胞）和結(jié)構(gòu)進行可視化的研究。美國加利福尼亞洲著名的Genentech公司分子腫瘤事業(yè)部的副總監(jiān)Frederic de Sauvage見證了這個發(fā)展過程，他說道：“是分子標(biāo)志物和顯微鏡的結(jié)合催生出了這項新技術(shù)。”

    將所有這些元素綜合在一起，我們就能夠觀察到一個復(fù)雜的、能夠了解腫瘤細胞遷移、增殖和相互作用等綜合過程的腫瘤細胞生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）。雖然腫瘤研究者們早就知道腫瘤細胞在遺傳學(xué)上是一個異質(zhì)性（heterogeneous）的群體，但只到出現(xiàn)了***內(nèi)攝影技術(shù)之后，他們才了解到每一個腫瘤細胞在行為和表現(xiàn)上都有哪些差異。比如腫瘤細胞可以一隔一個地活動，也可以聚集在一起，形成一個緊密的團體一起移動，這主要取決于腫瘤細胞的類型以及周圍的環(huán)境。

    通過這種***內(nèi)攝影觀察還觀察到了一個非常有意思的細胞行為，那就是巨噬細胞（macrophage）的行為，我們知道巨噬細胞是一種免疫細胞，主要功能就是吞噬病原體、壞死的細胞，或者激活免疫反應(yīng)。巨噬細胞可以**免疫細胞殺死腫瘤細胞，但是在更多的時候，巨噬細胞起到的卻是**腫瘤生長和擴散的作用。

    ***內(nèi)攝影研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞與腫瘤細胞和內(nèi)皮細胞一起形成了一種能夠?qū)⒛[瘤細胞“泵入”血管的結(jié)構(gòu)，這也是促使腫瘤轉(zhuǎn)移的一個關(guān)鍵步驟。美國紐約Albert Einstein醫(yī)學(xué)院（Albert Einstein College of Medicine in New York）的John Condeelis等人利用嚙齒類動物試驗發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞與乳腺癌細胞接觸之后，腫瘤細胞就會變得更富侵襲性，能夠降解血管周圍富含蛋白質(zhì)的基質(zhì)（matrix），擠入血管內(nèi)皮細胞之間的連接縫隙。巨噬細胞能夠破壞內(nèi)皮細胞彼此之間的連接，在血管壁上“鑿開”一個小孔，幫助腫瘤細胞進入血管，擴散到身體其他部位。

    Condeelis的團隊發(fā)現(xiàn)，在人體的乳腺癌組織中也能夠找到這個“泵”結(jié)構(gòu)。他們還發(fā)現(xiàn)了與此相關(guān)的3個分子標(biāo)志物，這3個分子標(biāo)志物分別代表了這個“泵”結(jié)構(gòu)的3種組成細胞，也能夠說明在腫瘤組織中存在這個“泵”結(jié)構(gòu)。他們一共對60名乳腺癌患者進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)體內(nèi)“泵”結(jié)構(gòu)含量越高的人更容易發(fā)生癌癥轉(zhuǎn)移。美國新澤西州的MetaStat公司是一家新成立的生物科技公司，他們已經(jīng)獲得了這項診斷新技術(shù)的上市資格，正在開發(fā)一種可用于預(yù)測乳腺癌患者腫瘤轉(zhuǎn)移風(fēng)險的新產(chǎn)品。MetaStat公司希望在今年年底之前為這種產(chǎn)品開展臨床試驗。Condeelis的課題組也在開發(fā)一種能夠幫助MRI設(shè)備發(fā)現(xiàn)這種泵結(jié)構(gòu)的探針，這樣不需要對患者進行活檢就能夠得到診斷結(jié)果。

    還有一些人則在嘗試利用這種***攝像技術(shù)跟蹤抗癌藥物在人體內(nèi)的運動軌跡，同時探究為什么抗癌藥物會失效的原因。腫瘤生物學(xué)家們通常用來衡量化療藥物***內(nèi)療效的辦法都是用小鼠試驗來觀察，給藥之后腫瘤的生長速度有沒有減緩，腫塊的體積有沒有縮小。而***攝像技術(shù)則可以給我們一個更加直觀的第一手資料，觀察到腫瘤細胞是否攝取了藥物，然后這些腫瘤細胞是不是還能夠繼續(xù)存活。

    Egeblad的團隊就針對阿霉素（doxorubicin）這種化療藥物拍攝了一段錄影，拍攝到了阿霉素進入小鼠乳腺癌組織的影像片段。在結(jié)果上巨大的變異性（variability）讓他們大吃一驚，即便在腫瘤組織上的很小一個區(qū)域里，細胞攝取的藥物量，以及死亡死亡的數(shù)量也大不一樣。Egeblad等人發(fā)現(xiàn)了一個非常重要的因素，那就是腫瘤組織內(nèi)血管的“滲透性（leakiness）”。與早期和晚期腫瘤相比，中期腫瘤內(nèi)含有最多的“孔狀”血管，所以對藥物的敏感程度也最高。所以Egeblad他們認為，使用能夠增加血管滲透性的藥物有助于提高化療藥物的療效。

    打開一扇窗口

    科研人員們最開始拍攝這種***小鼠內(nèi)部影像時只能夠被限定在一個很窄時間段的圖像上。可是理想狀態(tài)應(yīng)該是連續(xù)觀察好幾天，甚至是好幾周的時間。于是很多人開始使用另外一種辦法，就是在小鼠的皮下植入一塊蓋玻片。這些蓋玻片就好像一扇扇窗戶，讓我們能夠看到大腦、腹腔、乳腺等部位的情況，能夠?qū)ν粋€小鼠的同一個部位進行長時間的觀察和錄制。一次拍攝完畢之后，小鼠又會從麻醉中蘇醒過來，和平時一樣活動和生活，等待下一次的拍攝。

    有了這些窗戶，荷蘭Hubrecht研究所（Hubrecht Institute in Utrecht, the Netherlands）的Jacco van Rheenen等人對小鼠肝臟上的結(jié)腸癌細胞進行了為期兩周的觀察。在最開始的幾天，剛剛轉(zhuǎn)移到肝臟上的結(jié)腸癌細胞都會在很小的一塊區(qū)域里遷移，可是到了第五天，這些腫瘤細胞就停止了遷移，開始大量增殖。van Rheenen等人發(fā)現(xiàn)，在腫瘤轉(zhuǎn)移的初期，使用能夠抑制腫瘤細胞遷移的化療藥物，能夠顯著地減少肝臟上的轉(zhuǎn)移灶數(shù)量。

    隨著***內(nèi)成像技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)在也開始慢慢過渡到不需要人眼觀察的階段，而且還能夠獲得非常詳細的、定量的細節(jié)信息，比如細胞運動的速度和方向等信息。有了這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家們就可以為腫瘤細胞的行為構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型。Friedl認為可以根據(jù)這些模型推測出腫瘤是如何侵入組織的。

    但是獲得這些定量信息可并不那么容易，而且需要花費大量的時間，據(jù)Egeblad介紹，分析一段影片所需要的時間是拍攝這段影片所需時間的15倍。還有一些人也指出，目前能夠進行這種定量分析的軟件非常有限，所以很多實驗室都在開發(fā)他們自己的圖像分析軟件。

    而且***內(nèi)成像技術(shù)也面臨了不少的挑戰(zhàn)。據(jù)de Sauvage介紹，目前使用這種技術(shù)只能夠?qū)N近皮膚的組織進行觀察，也就是說只能夠?qū)ι贁?shù)幾種腫瘤細胞進行觀察和記錄。目前還很難將***成像技術(shù)與傳統(tǒng)的分子生物學(xué)技術(shù)，比如熒光生物傳感技術(shù)（科研人員可以利用這種技術(shù)確定細胞信號通路在何時，何處被激活）結(jié)合起來。據(jù)van Rheenen介紹，很多生物傳感技術(shù)在離體試驗時的效果都很不錯，能夠很好地展示出細胞信號通路上的變化，但是在體內(nèi)試驗時的靈敏度就略顯不夠了。美國冷泉港實驗室的腫瘤遺傳學(xué)家Scott Powers表示，這種信息也許能夠為我們提供一些線索，幫助我們了解腫瘤細胞耐藥的分子機制，他說道：“如果能夠了解細胞內(nèi)都發(fā)生了哪些生化反應(yīng)，促使細胞表現(xiàn)出那些行為，那就太好了。”

    Egeblad正在嘗試將生化研究手段以及遺傳學(xué)研究方法與***成像技術(shù)結(jié)合起來。她很快就會啟動一個新的研究項目，對小鼠乳腺癌細胞進行長達數(shù)周的持續(xù)觀察。在實驗結(jié)束之后，她們還會取出腫瘤組織，對每一個腫瘤細胞進行基因組測序。她們希望通過這種方式找到與腫瘤細胞快速增殖、耐藥等特性相關(guān)的遺傳學(xué)背景信息。她們還計劃對關(guān)鍵腫瘤基因的表達情況進行監(jiān)測。

    Egeblad認為，這個新項目又給她提供了一個好機會，讓她能夠再一次解答最初讓她進行***成像的那個問題——腫瘤，以及腫瘤周圍的環(huán)境是如何共進化的？Powers則表示，與Egeblad一起工作，觀看Egeblad拍攝的那些視頻也讓他自己對腫瘤周圍環(huán)境（而不是遺傳背景）對腫瘤的影響作用有了一個全新的認識，他說道：“拍攝這些***內(nèi)的視頻怎么可能沒有意義呢？我們拍攝的可都是之前從來沒有被人記錄過的東西。”