多光子显微技术可视化探索脑膜瘤微环境

脑膜瘤是脑膜肿瘤中最常见的类型，占所有原发性脑肿瘤的比例超过30%。尽管在放射治疗、化疗和外科手术领域取得了重大进展，脑膜瘤仍是人类肿瘤中复发率较高的一种。深入探究脑膜瘤的发展机制和开发新的治疗策略显得尤为关键。当前，肿瘤微环境对脑膜瘤发展的影响已经受到越来越多的关注，而针对肿瘤微环境的治疗策略也被纳入脑膜瘤治疗的考量之中。在对脑膜瘤微环境的研究中，实现对脑膜瘤微环境的可视化是研究的一个关键环节。

脑膜瘤的微环境是一个复杂的生态系统，包含肿瘤细胞、血管、胶原纤维等多种成分。这些成分相互作用，共同影响着肿瘤的生长、侵袭和转移。传统成像技术如计算机断层扫描（CT）和核磁共振成像（MRI）在宏观层面提供了重要的解剖信息，但在微观层面的分辨率有限，难以捕捉到脑膜瘤微环境的细微特征。

单光子显微技术虽然具有高分辨率成像的潜力，但其依赖于外源性荧光物质以增强对比度，这成为其应用的一个限制因素。外源性荧光物质的引入不仅增加了实验的复杂性，还可能对生物样本产生一定的毒性，影响实验结果的准确性。

多光子显微技术作为一种非线性光学技术，主要基于双光子激发荧光（TPEF）和二次谐波生成（SHG）。与单光子显微技术相比，多光子显微技术展现出更小的光损伤和光漂白效应，并且具有无需添加外源性荧光探针即可实现实时成像的优势。因此，多光子显微技术能够在无标记的条件下对脑膜瘤微环境进行细胞水平的成像。

多光子系统成像示意图

研究团队采用了无标记的多光子显微成像技术来分析脑膜瘤的微环境。该技术联合了二次谐波技术（SHG）、双光子激发荧光技术（TPEF）和图像分析技术，无标记地对脑膜瘤微环境进行研究。这种多模态显微技术的应用提供了一种新的视角来观察和分析脑膜瘤的微环境。

研究团队对3份正常硬脑膜组织样本和35份脑膜瘤样本进行了成像分析。系统设置两个通道来观察脑膜瘤的微环境：一个通道用于TPEF成像，并用红色表示；另一个通道用于SHG成像，用绿色定义。

在正常硬膜组织的微环境中，胶原纤维密集排列成平行的纤维基质。这些胶原纤维不仅产生TPEF信号，还能产生SHG信号，在TPEF/SHG叠加图像中以黄色显示。正常硬膜的微环境中，胶原纤维通常聚集成纤维束，呈现出波浪状。

正常硬膜微环境

纤维型脑膜瘤：纤维型脑膜瘤主要包含长梭形肿瘤细胞，其细胞外基质中含有丰富的胶原纤维。这些胶原纤维能够产生明显的SHG信号，并以平行或交叉的方式排列。在图像中可见，胶原纤维以束状、片状或点状分布，同时释放SHG和TPEF信号，表现为黄色。

血管型脑膜瘤：血管型脑膜瘤中血管丰富，这些血管的内径和壁厚变化不一，且多数血管显示出透明样变性的特征。通过识别胶原纤维的SHG信号和弹力纤维的TPEF信号，可以清晰识别出微环境中的血管。

脑膜瘤微环境

砂粒体型脑膜瘤：砂粒体型脑膜瘤的微环境中，砂粒体是其显著特征。砂粒体不仅产生强烈的TPEF信号，还伴随着明显的SHG信号，使得砂粒体在多光子显微图像中清晰可辨，通常呈现圆形。

过渡型脑膜瘤：过渡型脑膜瘤的肿瘤细胞融合了上皮样脑膜瘤和纤维型脑膜瘤的特点。在过渡型脑膜瘤的微环境中，胶原纤维形成了螺旋状结构，部分区域可见由胶原沉积构成的胶原小体，这些胶原小体能够产生强烈的SHG信号。

常见五种脑膜瘤亚型的微环境示意图

图像分析与定量评估：通过图像分析技术，研究团队能够自动检测血管和胶原纤维，并准确评估它们的密度和分布。定量分析结果显示，正常硬膜胶原纤维密度为0.79±0.13，血管密度0.35±0.11。脑膜瘤中，纤维型胶原密度最高，血管型血管密度最高（4.57±1.83），各亚型间差异显著（P<0.001）。这表明多光子技术结合图像分析可准确量化微环境特征，为肿瘤分型和治疗评估提供依据。

脑膜瘤微环境的定量分析

研究采用无标记的多光子显微成像技术，成功实现了脑膜瘤微环境的可视化，并通过图像分析技术对胶原纤维和血管进行了定量评估。研究结果表明，多光子显微技术不仅能清晰揭示脑膜瘤微环境的细节，还能为研究脑膜瘤提供更直观和详细的信息。与传统H&E染色方法相比，该方法具有快速、提供更详尽图像特征和定量参数的优势。

随着光纤技术和多光子内窥镜技术的进一步发展，多光子显微镜有望成为研究和开发针对肿瘤微环境的靶向治疗策略的重要工具。在临床脑膜瘤治疗中，这一技术有望发挥重要作用，为医生提供实时、高分辨率的肿瘤微环境图像，从而更精确地进行肿瘤切除，提高患者的治疗效果和生存率。同时，多光子显微技术在脑膜瘤微环境研究中的应用，也将为科学家们深入理解肿瘤生物学特性提供新的视角和方法，推动相关研究的不断深入。

声明：本文仅用作学术目的。

方娜, 吴赞艺, 王行富, 胡立文, 蔡清远, 陈建新. 基于多光子显微技术的脑膜瘤微环境可视化研究[J]. 中国激光, 2025, 52(09): 02.

DOI:10.3788/CJL241371.