腫瘤侵襲和轉移是惡性腫瘤的主要生物學特征，這種擴散是由于腫瘤細胞移動和釋放降解酶能力的特性，這些特性使腫瘤細胞能夠脫離原發腫瘤，穿透血液或淋巴管，并在被運送到遙遠的部位后通過血管形成新的腫瘤。癌癥相關的疾病主要是由于腫瘤的侵襲和遷移引起的，然而并不是所有腫瘤細胞都會轉移擴散，只有惡性腫瘤才會發生轉移。

癌細胞轉移步驟
1. 腫瘤細胞同質性黏附降低，從原發腫瘤脫離
2. 腫瘤細胞和細胞外基質（ECM）發生異質性黏附增加
3. ECM降解， 腫瘤細胞與ECM中大分子作用分泌蛋白降解酶類降解ECM成分，形成腫瘤細胞移動的通道，并以此為誘導血管生成的基礎
4. 腫瘤細胞運動性增強，在黏附降解的過程中移動，穿越ECM，并穿透血管壁的基底膜進入循環
5. 在循環中運行逃避免疫系統識別與破壞
6. 到達繼發部位后，在有新生血管形成的前提下增殖，形成轉移灶

腫瘤侵襲模型的建立
細胞的遷移和侵襲在許多生物過程中都非常重要，如癌癥轉移和內皮細胞的血管生成。目前已經開發了幾種檢測方法來測量細胞侵襲。基本上，細胞的侵襲性是通過細胞在不同裝置中移動的距離或路徑來測量的，如Boyden小室或傷口愈合試驗。然而，這些細胞通常在二維（2D）體外空間中生長，并不能完全再現三維（3D）體內組織中生長的細胞的行為。近年來，基于球體的3D培養物作為一種體內模擬細胞平臺，已被廣泛應用于藥物篩選等多個應用領域。在球體培養中，能更好地模擬體內的環境，發揮細胞間或與細胞外基質的相互作用。

迄今為止，大多數關于在球狀體中生長的細胞侵襲性的分析都是定性的和描述性的，而不是定量的。細胞侵襲的原始數據通常采用從顯微鏡中拍攝的顯微照片的形式，隨后的定量分析依賴于計算圖像處理。雖然有很好的亮場顯微圖像分析的例子，如酵母生長和干細胞增殖分析，但基于亮場顯微圖像的精確定量因為其低對比度而具有挑戰性。特別是在細胞侵襲試驗中，侵襲區域的邊緣通常沒有明確的定義。

那么有什么新工具可以彌補這些不足，助力于腫瘤細胞侵襲實驗呢？
奎克泰生物為韓國NanoEnTek的授權總代理，JuLI™系列實時活細胞成像分析儀能夠放置于培養箱內，對細胞實時觀察、拍攝記錄生長周期的全過程，在保持細胞生長環境穩定的情況下，同時對細胞計數、拍照，形成視頻、融合度、生長曲線，提供細胞侵襲過程視頻和量化結果。

圖1  JuLI™ Stage 3D分析軟件
 

對比傳統的細胞侵襲檢測方法，這樣的自動化設備大大縮減了人工操作的繁瑣性、提高了實驗結果的準確性與成功率，省時省力，為研究人員帶來了便利。

以下來自世界各地知名機構發布的2篇文章中，均為使用JuLI™系列活細胞影像分析儀做的腫瘤侵襲實驗：
1. 來自韓國科學技術院和科學研究院的研究人員聯合在《Scientific Reports》發表題為“Novel invasion indices quantify the feed-forward facilitation of tumor invasion by macrophages”的文章，研究人員使用JuLI™ Br觀察LLC1球形侵襲試驗，連續拍攝四天記錄不同濃度的RCM處理下球體侵襲變化。

細胞侵襲的定量和可靠的測量對于了解一系列生物過程如癌癥轉移和血管生成是重要的。球體侵襲試驗可以有效地模擬腫瘤細胞侵入實體組織。本研究開發了一種基于圖像分析的方法來量化HT1080人纖維肉瘤腫瘤細胞球體的侵襲性。巨噬細胞條件培養基增加了腫瘤球體的侵襲，同時降低了腫瘤細胞的增殖。重要的是，激活的巨噬細胞與腫瘤細胞共培養的條件培養基進一步增強了侵襲性。因此，本研究的指標揭示了腫瘤微環境中腫瘤細胞與巨噬細胞之間的交流以前饋方式促進了腫瘤細胞的侵襲。

圖2 球體侵襲實驗

2. 來自南京醫科大學第一附屬醫院神經外科的研究人員在《Molecular Cancer Research》發表題為“Ubiquitin-Specific Protease 3 Promotes Glioblastoma Cell Invasion and Epithelial–Mesenchymal Transition via Stabilizing Snail”的文章，借助JuLI Stage活細胞成像分析系統記錄細胞侵襲的情況。

上皮間質轉化(EMT)是膠質母細胞瘤(GBM)侵襲過程中最重要的現象之一。 因此， 更好地了解EMT的調控機制對GBM的治療至關重要。本研究報告了去泛素特異性蛋白酶3(USP3)在 GBM 中顯著上調，并與較短中位總生存期和無復發生存期相關。USP3的沉默減弱了體外GBM細胞的遷移和侵襲能力，并在原位異種移植小鼠模型中抑制腫瘤生長。從機制上講，USP3是GBM細胞中Snail（ 一種促進EMT的主轉錄因子 ）的真正去泛素化酶。USP3 直接與Snail相互作用并通過去泛素化穩定 Snail。Snail的異位表達可以在很大程度上解除USP3缺失對GBM細胞遷移、侵襲和腫瘤生長的抑制作用。此外，還發現USP3與人類原發性GBM樣本中Snail的表達密切相關。總的來說，本研究揭示了EMT和侵襲的關鍵信號軸USP3-Snail，并提供了一種有效的GBM治療方法。

圖3 3D球體侵襲實驗代表性圖像

 

參考文獻：
[1] Novel invasion indices quantify the feed-forward facilitation of tumor invasion by macrophages
[2] Ubiquitin-Specific Protease 3 Promotes Glioblastoma Cell Invasion and Epithelial–Mesenchymal Transition via Stabilizing Snail