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顯微鏡應(yīng)用于癌癥研究

來源：客戶案例發(fā)布時(shí)間：2022/9/22 11:46:15

一、癌癥與癌細(xì)胞

癌癥通常是由于細(xì)胞基因發(fā)生錯(cuò)誤或不正確的表達(dá)，使細(xì)胞分化和增殖異常，生長失去控制，并可侵襲身體的臨近部位和擴(kuò)散到其它器官。

癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，有以下幾點(diǎn)不同：

? 無限增殖，失去生長控制的調(diào)控，相比于正常細(xì)胞分裂次數(shù)的限制，癌細(xì)胞可無限增殖

? 組織浸潤與轉(zhuǎn)移，主要是具備了上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力，所以能夠通過循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)遠(yuǎn)處的實(shí)質(zhì)組織，除此之外也可以直接向周圍的實(shí)質(zhì)組織浸潤

? 形態(tài)大小變化，正常細(xì)胞大小相對(duì)一致，而癌細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞核體積多樣，會(huì)出現(xiàn)巨核，雙核，多核或異形核形態(tài)，細(xì)胞漿的質(zhì)和量也跟正常細(xì)胞有一定差別

? 免疫逃避，癌細(xì)胞通過多種機(jī)制逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除，主要的是癌細(xì)胞表面具有與免疫細(xì)胞結(jié)合的表達(dá)免疫檢查點(diǎn)分子，從而避免免疫細(xì)胞發(fā)揮作用

? 誘導(dǎo)血管生成，細(xì)胞長時(shí)間存活需要持續(xù)提供營養(yǎng)和氧氣，這些也是腫瘤細(xì)胞需要的物質(zhì)。癌細(xì)胞可以誘導(dǎo)血管生成獲得必要營養(yǎng)。在癌癥的發(fā)展期間，血管還會(huì)隨著腫瘤的生長不斷生存，保持著比較完善的血管系統(tǒng)，因此在發(fā)現(xiàn)癌癥的時(shí)候，就只有進(jìn)行切除，才能夠?qū)⒛[瘤全部解決。

二、顯微成像技術(shù)在癌癥研究中的應(yīng)用

依據(jù)癌細(xì)胞在分子表達(dá)層面和細(xì)胞組織層面的變化，運(yùn)用各類顯微成像技術(shù)對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行篩選與識(shí)別，以下是在癌癥研究中常見的幾類顯微成像技術(shù)應(yīng)用：

（1）病理切片

通過手術(shù)切除或穿刺活檢得到腫瘤組織來進(jìn)行分子分型是臨床上判斷癌癥的金標(biāo)準(zhǔn)。病理切片如何確認(rèn)是否有癌細(xì)胞的關(guān)鍵要在于顯微鏡下的觀察，通常是在顯微鏡下對(duì)病理切片進(jìn)行染色以后觀察其中的細(xì)胞的形態(tài)是否滿足癌細(xì)胞的特征。

常用的染色方法是蘇木素-伊紅（Hematoxylin-Eosin）染色法，簡稱H.E染色法。這種方法對(duì)任何固定液固定的組織和應(yīng)用各種包埋法的切片均可使用。蘇木素是一種堿性染料，可使組織中的嗜堿性物質(zhì)染成藍(lán)色，如細(xì)胞核中的染色質(zhì)等；伊紅是一種酸性染料，可使組織中的嗜酸性物質(zhì)染成紅色，如多數(shù)細(xì)胞的胞質(zhì)、核仁等在H.E染色的切片中均呈紅色。

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（明美生物顯微鏡搭配msx2拍攝HE染色的乳腺癌病理切片，紅色為胞質(zhì)，藍(lán)色為染色體）

（2）免疫組化（IHC）

免疫組化，通俗的含義就是把癌組織中的癌細(xì)胞放大到分子級(jí)別，通過顯微鏡看看在這個(gè)水平上有哪些跟別的細(xì)胞不一樣的特征，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在體內(nèi)出現(xiàn)的位置不一樣，有的蛋白遍布全身，有的蛋白只出現(xiàn)在某些特定的器官與組織中，通過直接直觀地觀察組織和細(xì)胞里是否存在一些蛋白質(zhì)的方法，來確定腫瘤的分子分型，判斷腫瘤的原發(fā)位置，腫瘤惡性程度及預(yù)后效果。

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（ML51+MSX2拍攝的免疫組化病理組織）

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（IHC-HER2檢測，癌細(xì)胞形態(tài)變化，伴隨血管生成）

（3）原位熒光雜交（FISH）

熒光原位雜交技術(shù)是一種使用熒光素標(biāo)記探針，以檢測探針和分裂中期的染色體或分裂間期的染色質(zhì)的雜交。其基本原理是：以核酸堿基互補(bǔ)配對(duì)原則為基礎(chǔ)所發(fā)展起來的檢測技術(shù)，主要利用DNA序列的互補(bǔ)性，通過熒光標(biāo)記的DNA探針與預(yù)處理的待測樣本的DNA進(jìn)行原位雜交，在熒光顯微鏡下, 對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行辨別和計(jì)數(shù)，即可對(duì)細(xì)胞、組織樣本中的染色體或基因異常進(jìn)行檢測和診斷。

不同種類癌細(xì)胞具有特異性的基因片段，使用FISH技術(shù)進(jìn)行特異性標(biāo)記，通過特異性熒光信號(hào)的表達(dá)特征，來判斷是否有癌細(xì)胞或癌細(xì)胞種類。臨床應(yīng)用中，在乳腺癌、宮頸癌、膀胱癌、血液腫瘤等診斷和指導(dǎo)用藥方面，FISH有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

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（MF43-N+MC50-S搭配四波段光源拍攝的FISH圖像）

（4）循環(huán)腫瘤檢測（CTC）

癌細(xì)胞具有組織浸潤和轉(zhuǎn)移的特征，可以脫離原發(fā)病灶進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)腫瘤細(xì)胞就是指從實(shí)體瘤中脫離出來并進(jìn)入外周血液循環(huán)的腫瘤細(xì)胞。通過對(duì)血液中CTC的數(shù)量以及蛋白表達(dá)、基因序列的檢測等，可以獲得腫瘤的相關(guān)病變的信息，可以彌補(bǔ)腫瘤組織難以獲得的局限性，而且CTC可以重復(fù)進(jìn)行取樣，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測的功能。

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（MF43-N拍攝的CTC檢測圖）

（5）腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)研究

腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)是研究癌變機(jī)理、腫瘤細(xì)胞及其特征分子生物學(xué)特征、抗癌藥物敏感性的重要手段。癌細(xì)胞是目前所建立的細(xì)胞系中占比第一多的，該應(yīng)用對(duì)腫瘤研究具有很多優(yōu)點(diǎn)：①便于從細(xì)胞水平上對(duì)腫瘤細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行研究，同時(shí)也可從基因及分子水平上對(duì)癌變機(jī)理進(jìn)行探究；②可長期傳代，便于對(duì)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特征和遺傳行為進(jìn)行觀察研究；③可用于快速篩選抗癌藥物及耐藥機(jī)理研究。

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（腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)-劃痕實(shí)驗(yàn)）

三、顯微成像在癌癥研究應(yīng)用中的難點(diǎn)

（1）多色熒光顯微成像中各熒光團(tuán)信號(hào)的獲得

癌細(xì)胞通常具有一個(gè)或多個(gè)特異性的標(biāo)記物，對(duì)應(yīng)的需要使用多種熒光染料或熒光探針，如何在一張圖像中獲得多通道的熒光信號(hào)具有一定的挑戰(zhàn)性。挑戰(zhàn)主要來自以下幾個(gè)方面：①激發(fā)光源，多通道熒光成像要求激發(fā)光源有比較寬的光譜，在熒光染料或熒光探針的激發(fā)光譜有比較好的峰值特征；②濾光片，針對(duì)不同熒光染料選擇合適的濾光片，保證熒光信號(hào)的通過，避免其他雜光的干擾；③成像質(zhì)量，熒光信號(hào)通常比較微弱，選用高靈敏度的相機(jī)，有利于捕獲微弱的熒光信號(hào)；④熒光圖像處理，針對(duì)多通道熒光圖像疊加的處理方式，需要保證疊加圖像的穩(wěn)定性和清晰度。

（2）病理切片的判讀與掃描

臨床上，通過病理切片對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行分子分型是癌癥診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。典型的病理觀察是通過移動(dòng)載物臺(tái)在高倍物鏡下找到局部病變組織并進(jìn)行判斷和分型，這一方法有幾點(diǎn)限制：①高倍鏡成像區(qū)域較小，對(duì)整個(gè)切片組織中的異常細(xì)胞進(jìn)行定位需要多次移動(dòng)載物臺(tái)，耗時(shí)耗力，對(duì)操作人員要求較高；②無法在一張圖上對(duì)整個(gè)切片組織進(jìn)行成像，無法滿足對(duì)判斷病理組織整體形態(tài)特征的需求。對(duì)此的解決方案一般是采用切片掃描系統(tǒng)，通過電動(dòng)化的掃描平臺(tái)和拼接分析軟件，獲得高分辨率全局圖，方便對(duì)切片組織整體形態(tài)進(jìn)行病理分析，同時(shí)可以方便定位局部病理組織并進(jìn)行放大觀察。

四、明美解決方案

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