肿瘤侵袭和转移是恶性肿瘤的主要生物学特征，这种扩散是由于肿瘤细胞移动和释放降解酶能力的特性，这些特性使肿瘤细胞能够脱离原发肿瘤，穿透血液或淋巴管，并在被运送到遥远的部位后通过血管形成新的肿瘤。癌症相关的疾病主要是由于肿瘤的侵袭和迁移引起的，然而并不是所有肿瘤细胞都会转移扩散，只有恶性肿瘤才会发生转移。

癌细胞转移步骤
1. 肿瘤细胞同质性黏附降低，从原发肿瘤脱离
2. 肿瘤细胞和细胞外基质（ECM）发生异质性黏附增加
3. ECM降解， 肿瘤细胞与ECM中大分子作用分泌蛋白降解酶类降解ECM成分，形成肿瘤细胞移动的通道，并以此为诱导血管生成的基础
4. 肿瘤细胞运动性增强，在黏附降解的过程中移动，穿越ECM，并穿透血管壁的基底膜进入循环
5. 在循环中运行逃避免疫系统识别与破坏
6. 到达继发部位后，在有新生血管形成的前提下增殖，形成转移灶

肿瘤侵袭模型的建立
细胞的迁移和侵袭在许多生物过程中都非常重要，如癌症转移和内皮细胞的血管生成。目前已经开发了几种检测方法来测量细胞侵袭。基本上，细胞的侵袭性是通过细胞在不同装置中移动的距离或路径来测量的，如Boyden小室或伤口愈合试验。然而，这些细胞通常在二维（2D）体外空间中生长，并不能完全再现三维（3D）体内组织中生长的细胞的行为。近年来，基于球体的3D培养物作为一种体内模拟细胞平台，已被广泛应用于药物筛选等多个应用领域。在球体培养中，能更好地模拟体内的环境，发挥细胞间或与细胞外基质的相互作用。

迄今为止，大多数关于在球状体中生长的细胞侵袭性的分析都是定性的和描述性的，而不是定量的。细胞侵袭的原始数据通常采用从显微镜中拍摄的显微照片的形式，随后的定量分析依赖于计算图像处理。虽然有很好的亮场显微图像分析的例子，如酵母生长和干细胞增殖分析，但基于亮场显微图像的精确定量因为其低对比度而具有挑战性。特别是在细胞侵袭试验中，侵袭区域的边缘通常没有明确的定义。

那么有什么新工具可以弥补这些不足，助力于肿瘤细胞侵袭实验呢？
奎克泰生物为韩国NanoEnTek的授权总代理，JuLI™系列实时活细胞成像分析仪能够放置于培养箱内，对细胞实时观察、拍摄记录生长周期的全过程，在保持细胞生长环境稳定的情况下，同时对细胞计数、拍照，形成视频、融合度、生长曲线，提供细胞侵袭过程视频和量化结果。

图1  JuLI™ Stage 3D分析软件
 

对比传统的细胞侵袭检测方法，这样的自动化设备大大缩减了人工操作的繁琐性、提高了实验结果的准确性与成功率，省时省力，为研究人员带来了便利。

以下来自世界各地知名机构发布的2篇文章中，均为使用JuLI™系列活细胞影像分析仪做的肿瘤侵袭实验：
1. 来自韩国科学技术院和科学研究院的研究人员联合在《Scientific Reports》发表题为“Novel invasion indices quantify the feed-forward facilitation of tumor invasion by macrophages”的文章，研究人员使用JuLI™ Br观察LLC1球形侵袭试验，连续拍摄四天记录不同浓度的RCM处理下球体侵袭变化。

细胞侵袭的定量和可靠的测量对于了解一系列生物过程如癌症转移和血管生成是重要的。球体侵袭试验可以有效地模拟肿瘤细胞侵入实体组织。本研究开发了一种基于图像分析的方法来量化HT1080人纤维肉瘤肿瘤细胞球体的侵袭性。巨噬细胞条件培养基增加了肿瘤球体的侵袭，同时降低了肿瘤细胞的增殖。重要的是，激活的巨噬细胞与肿瘤细胞共培养的条件培养基进一步增强了侵袭性。因此，本研究的指标揭示了肿瘤微环境中肿瘤细胞与巨噬细胞之间的交流以前馈方式促进了肿瘤细胞的侵袭。

图2 球体侵袭实验

2. 来自南京医科大学第一附属医院神经外科的研究人员在《Molecular Cancer Research》发表题为“Ubiquitin-Specific Protease 3 Promotes Glioblastoma Cell Invasion and Epithelial–Mesenchymal Transition via Stabilizing Snail”的文章，借助JuLI Stage活细胞成像分析系统记录细胞侵袭的情况。

上皮间质转化(EMT)是胶质母细胞瘤(GBM)侵袭过程中最重要的现象之一。 因此， 更好地了解EMT的调控机制对GBM的治疗至关重要。本研究报告了去泛素特异性蛋白酶3(USP3)在 GBM 中显著上调，并与较短中位总生存期和无复发生存期相关。USP3的沉默减弱了体外GBM细胞的迁移和侵袭能力，并在原位异种移植小鼠模型中抑制肿瘤生长。从机制上讲，USP3是GBM细胞中Snail（ 一种促进EMT的主转录因子 ）的真正去泛素化酶。USP3 直接与Snail相互作用并通过去泛素化稳定 Snail。Snail的异位表达可以在很大程度上解除USP3缺失对GBM细胞迁移、侵袭和肿瘤生长的抑制作用。此外，还发现USP3与人类原发性GBM样本中Snail的表达密切相关。总的来说，本研究揭示了EMT和侵袭的关键信号轴USP3-Snail，并提供了一种有效的GBM治疗方法。

图3 3D球体侵袭实验代表性图像

 

参考文献：
[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