JuLI Stage活细胞成像系统在类器官/肿瘤球研究中的应用
2026-08-06 来源:本站 点击次数:103
题目：Phototoxicity of Half-Sandwich Rhodium(III) Complexes with Anthracene and Biphenyl Substituents toward Mammalian Cancer Cells and Multicellular Tumor Spheroids
期刊：J. Med. Chem
IF: 7.3
doi: 10.1021/acs.jmedchem.5c01406
一、实验目的
1. 研究背景
顺铂等铂类化疗药存在严重毒副作用、肿瘤耐药问题，铑(III)半夹心金属配合物是光动力治疗（PDT）极具潜力替代药物；蒽、联苯芳香基团具备光敏特性，但含蒽席夫碱结构铑配合物的光激活抗肿瘤机制、3D肿瘤球渗透能力尚不清晰。
2. 研究目的
二、实验方法
实验分为化学合成表征、2D细胞实验、3D肿瘤球类器官实验、机制验证四大模块，JuLI Stage活细胞成像仪为ROS动态、细胞形态动态监测核心设备。
1 配合物合成与理化表征
HCT116细胞低吸附板培养72 h形成220–230 μm肿瘤球；药物处理5 h、用405 nm激光照射5分钟，Hoechst/Calcein AM/PI三色共聚焦Z-stack分层扫描，定量球内活/死细胞比例，评估组织渗透深度。
4 机制验证实验
三、实验结果
1. 化学结构决定光敏活性
在A375细胞中：
3. JuLI Stage动态成像直观证明光照诱导大量ROS
4. 细胞死亡模式为细胞胀亡（Oncosis）
光照后细胞特征：整体肿胀、大量胞质空泡、细胞膜起泡；Porimin蛋白高表达、早期膜磷脂外翻（Annexin V阳性），区别于典型凋亡；ROS清除剂可显著逆转细胞死亡，证实氧化应激是核心通路。
5. 3D肿瘤球深层穿透杀伤
1、2可渗透肿瘤球外层、中间休眠区乃至坏死核心；光照后肿瘤球完整性破坏、PI死细胞荧光显著上升，配合2杀伤效果更强；证明该类配合物可突破实体瘤致密组织屏障，优于2D单层细胞模型评价结果。
四、JuLI Stage活细胞成像仪在本研究的核心应用价值
本研究使用JuLI Stage开展ROS活细胞动态观测，是2D细胞毒性、光敏机制可视化关键设备，同时可完美拓展至3D肿瘤类器官研究，对比普通定点共聚焦具备多重优势。
期刊：J. Med. Chem
IF: 7.3
doi: 10.1021/acs.jmedchem.5c01406
一、实验目的
1. 研究背景
顺铂等铂类化疗药存在严重毒副作用、肿瘤耐药问题，铑(III)半夹心金属配合物是光动力治疗（PDT）极具潜力替代药物；蒽、联苯芳香基团具备光敏特性，但含蒽席夫碱结构铑配合物的光激活抗肿瘤机制、3D肿瘤球渗透能力尚不清晰。
2. 研究目的
- 合成3种结构差异化半夹心Rh(III)配合物（1同时含蒽+联苯、2仅蒽、3无蒽），明确蒽基团是光毒性核心结构；
- 表征配合物理化稳定性、光化学反应：蓝光下席夫键光裂解、催化NADH氧化能力；
- 2D单层肿瘤细胞验证暗毒性与蓝光光毒性，计算光毒性指数PTI；
- 阐明光杀伤分子机制：ROS氧化应激、类胀亡（oncosis）细胞死亡通路；
- 采用3D多细胞肿瘤球 模拟实体瘤微环境，验证配合物组织穿透与深层杀伤效果；
- 为高选择性、低暗毒金属光敏抗癌药物提供分子设计依据。
二、实验方法
实验分为化学合成表征、2D细胞实验、3D肿瘤球类器官实验、机制验证四大模块，JuLI Stage活细胞成像仪为ROS动态、细胞形态动态监测核心设备。
1 配合物合成与理化表征
- 微波合成3种Rh(III)半夹心配合物1/2/3，¹H NMR、ESI-MS、HPLC、元素分析验证纯度；
- 黑暗/蓝光照射条件下UV-Vis追踪光降解，DFT计算电子跃迁；
- 体外NADH催化实验：UV-Vis、¹H NMR定量蓝光下NADH氧化效率。
- 细胞株：MDA-MB-231、HCT116、A2780、A549肿瘤细胞，MRC-5正常成纤维细胞；
- 暗毒性：72 h MTT测IC₅₀；
- 光毒性：药物孵育1 h→420 nm蓝光照射1 h→无药培养基恢复70 h，MTT计算PTI=暗IC₅₀/光照IC₅₀；
- 胞内定位：共聚焦观测配合物荧光分布；
- 流式Annexin V/PI、Porimin免疫荧光鉴定细胞死亡类型；
- JuLI Stage核心活细胞成像实验：CellROX Green荧光探针标记ROS，蓝光处理后全程动态采集明场+荧光图像，实时观测ROS生成时序、细胞肿胀空泡化形态变化。
HCT116细胞低吸附板培养72 h形成220–230 μm肿瘤球；药物处理5 h、用405 nm激光照射5分钟，Hoechst/Calcein AM/PI三色共聚焦Z-stack分层扫描，定量球内活/死细胞比例，评估组织渗透深度。
4 机制验证实验
- ROS清除剂（叠氮化钠、tiron、甘露醇等）干预实验，明确单线氧、超氧阴离子为主要杀伤活性氧；
- 无细胞体系DHR 123荧光实验，验证配合物光照直接产ROS。
三、实验结果
1. 化学结构决定光敏活性
- 配合物1、2含蒽席夫碱配体，425 nm可见光有特征吸收；无蒽的配合物3无光响应；
- 蓝光照射后1、2发生−NCH−席夫键光裂解，释放蒽-9-甲醛（AC），3结构稳定无变化；
- 光照下1、2高效催化NADH氧化为NAD⁺，2催化效率高于3倍。
在A375细胞中：
- 配合物1：暗毒性IC₅₀ = 7.1 μM → 光照后IC₅₀ = 0.20 μM，PTI = 36
- 配合物2：暗毒性IC₅₀ = 26 μM → 光照后IC₅₀ = 0.18 μM，PTI = 144
- 配合物3：PTI ≈ 1（几乎无光活化）
3. JuLI Stage动态成像直观证明光照诱导大量ROS
- 黑暗给药组无明显绿色ROS荧光；
- 蓝光处理1/2组随时间荧光持续增强，细胞逐步肿胀、胞质空泡化；
- 3与空白对照组几乎无ROS信号，直接证明蒽基团是产ROS必需结构。
4. 细胞死亡模式为细胞胀亡（Oncosis）
光照后细胞特征：整体肿胀、大量胞质空泡、细胞膜起泡；Porimin蛋白高表达、早期膜磷脂外翻（Annexin V阳性），区别于典型凋亡；ROS清除剂可显著逆转细胞死亡，证实氧化应激是核心通路。
5. 3D肿瘤球深层穿透杀伤
1、2可渗透肿瘤球外层、中间休眠区乃至坏死核心；光照后肿瘤球完整性破坏、PI死细胞荧光显著上升，配合2杀伤效果更强；证明该类配合物可突破实体瘤致密组织屏障，优于2D单层细胞模型评价结果。
四、JuLI Stage活细胞成像仪在本研究的核心应用价值
本研究使用JuLI Stage开展ROS活细胞动态观测，是2D细胞毒性、光敏机制可视化关键设备，同时可完美拓展至3D肿瘤类器官研究，对比普通定点共聚焦具备多重优势。
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