在Mikala Egeblad第一次拍攝***小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)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(xì)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(xì)胞進行動態(tài)觀察的方法又重新給這些細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞，以及腫瘤細(xì)胞周圍的其他細(xì)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(xì)胞進行長時間的跟蹤，這樣就非常容易觀察到腫瘤細(xì)胞與其他細(xì)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(xì)胞，也就是那些難治的、導(dǎo)致癌癥發(fā)生的腫瘤細(xì)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(xì)胞事件（比如腫瘤細(xì)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(xì)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(jì)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(zhǔn)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(xì)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(xì)胞（包括各種不同的免疫系統(tǒng)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)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(xì)胞遷移、增殖和相互作用等綜合過程的腫瘤細(xì)胞生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）。雖然腫瘤研究者們早就知道腫瘤細(xì)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(xì)胞在行為和表現(xiàn)上都有哪些差異。比如腫瘤細(xì)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(xì)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(xì)胞行為，那就是巨噬細(xì)胞（macrophage）的行為，我們知道巨噬細(xì)胞是一種免疫細(xì)胞，主要功能就是吞噬病原體、壞死的細(xì)胞，或者激活免疫反應(yīng)。巨噬細(xì)胞可以**免疫細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞，但是在更多的時候，巨噬細(xì)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(xì)胞與腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞一起形成了一種能夠?qū)⒛[瘤細(xì)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(xì)胞與乳腺癌細(xì)胞接觸之后，腫瘤細(xì)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(xì)胞之間的連接縫隙。巨噬細(xì)胞能夠破壞內(nèi)皮細(xì)胞彼此之間的連接，在血管壁上“鑿開”一個小孔，幫助腫瘤細(xì)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(xì)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?yán)眠@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(xì)胞是否攝取了藥物，然后這些腫瘤細(xì)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(xì)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(rèn)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)的、定量的細(xì)節(jié)信息，比如細(xì)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(xì)胞的行為構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型。Friedl認(rèn)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞耐藥的分子機制，他說道：“如果能夠了解細(xì)胞內(nèi)都發(fā)生了哪些生化反應(yīng)，促使細(xì)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(xì)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(xì)胞進行基因組測序。她們希望通過這種方式找到與腫瘤細(xì)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(rèn)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(rèn)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。”