在臨床階段，研究者發(fā)現(xiàn)兒童和成人的高級別膠質(zhì)瘤患者中存在非增殖狀態(tài)且表達 Prominin-1（PROM1，也稱為 CD133）的惡性細(xì)胞群。研究人員使用基因工具可視化追蹤和消融小鼠腦癌和人類癌癥類器官中的靜息細(xì)胞（Quiescent cells），揭示了它們位于腫瘤核心和邊緣，并證明靜息細(xì)胞參與腦癌細(xì)胞的浸潤。研究人員還發(fā)現(xiàn) DYRK1A/B 抑制劑去氫駱駝蓬堿（Harmine）可部分減少靜息和浸潤癌細(xì)胞的數(shù)量，研究結(jié)果揭示了靜息細(xì)胞亞群可能是導(dǎo)致高級別膠質(zhì)瘤侵襲性的部分原因。本研究中，研究人員建立了人類腦瘤的類器官模型，并且證明了在該模型中也能跟蹤靜息態(tài)腫瘤細(xì)胞。

在本研究中，研究者使用了 Molecular Devices 公司的 ImageXpress Micro Confocal 共聚焦高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)結(jié)合類器官模型，篩選可以清除靜息態(tài)腫瘤細(xì)胞的藥物。結(jié)果表明 DYRK1A/B 抑制劑去氫駱駝蓬堿清除靜息細(xì)胞的效果好，也可以降低腫瘤類器官的侵入性，后期或許可以嘗試作為浸潤性高級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療藥物。

在神經(jīng)發(fā)生過程中，腦內(nèi)皮細(xì)胞通過為神經(jīng)祖細(xì)胞提供營養(yǎng)支持從而發(fā)揮關(guān)鍵作用。本研究發(fā)現(xiàn)中風(fēng)后的雄性小鼠中將星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)祖細(xì)胞，推測大腦內(nèi)皮細(xì)胞可能會釋放轉(zhuǎn)分化信號。研究者發(fā)現(xiàn)，在氧糖剝奪（Oxygen-Glucose Deprivation, OGD）后，腦內(nèi)皮細(xì)胞釋放含有促神經(jīng)因子 Ascll 的微泡，這些微泡進入星形膠質(zhì)細(xì)胞以誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)祖細(xì)胞。在局灶性腦缺血的小鼠模型中，Ascll 在星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)祖細(xì)胞之前在內(nèi)皮細(xì)胞中被上調(diào)。注射腦內(nèi)皮衍生的微泡會放大星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的過程。內(nèi)皮特異性過表達 Ascll 增加星形膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)祖細(xì)胞的局部轉(zhuǎn)化并改善行為恢復(fù)。該研究結(jié)果顯示了一種意想不到的神經(jīng)可塑性血管調(diào)節(jié)機制，這可能為改善中風(fēng)后的預(yù)后開辟治療機會。

本研究使用 Molecular Devices 公司的 ImageXpress 高內(nèi)涵成像分析系統(tǒng)進行鈣成像的拍攝。在鈣成像 5 天前，使用 hSyn.GCaMP6s AAV 或 pHAGE-RSV-GCaMP6s 慢病毒轉(zhuǎn)染細(xì)胞。在初始微囊泡處理后 18 至 21 天之間，在寬場模式下對轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞進行成像。鈣成像實驗結(jié)果表明轉(zhuǎn)分化細(xì)胞中的活性類似于“陽性對照"神經(jīng)元中的活性，并且這些鈣反應(yīng)可以被（TTX）治療阻斷。

髓母細(xì)胞瘤（MB）和高度膠質(zhì)瘤（HGG）是兒童時期具侵襲性和最常見的致死性實體腫瘤。來源于人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）的腦類器官已被證明是模擬腦部癌癥的良好體外模型。腦腫瘤類器官與腦健康類器官的共培養(yǎng)體系很好地模擬了腦部腫瘤在正常組織中的轉(zhuǎn)移和侵襲過程，搭配活細(xì)胞共聚焦成像系統(tǒng)，能夠幫助探索轉(zhuǎn)基因類器官的適用性，以及特異性地分析哪些癌細(xì)胞參與了原位移植后 MB 和 HGG 的擴散。本研究利用 hiPSCs 定向誘導(dǎo)小腦和前腦類器官，并通過分析患者病灶中的過表達基因，通過培養(yǎng)過表達特異性基因的腫瘤類器官來模擬病理發(fā)生過程。本研究還進行了膠質(zhì)瘤類器官原位移植和共培養(yǎng)實驗，進行細(xì)胞起源的譜系追蹤和藥物篩選。本研究以更精確和定制的方式進行，在體外利用類器官共培養(yǎng)模型進行譜系追蹤和藥物篩選實驗。本研究的模型體系及研究方法為體外和體內(nèi)的髓母細(xì)胞瘤和高級膠質(zhì)瘤研究提供了新的思路。

本研究使用 Molecular Devices 公司的 ImageXpress Micro Confocal 共聚焦高內(nèi)涵細(xì)胞成像分析系統(tǒng)進行活體類器官藥物篩選的成像。從第 0 天開始對藥物處理后的 HGG 類器官進行實時成像，然后在所需的時間點（例如，藥物處理的第 3 天和第 7 天）使用配備溫度/ CO₂ 控制的 ImageXpress 共聚焦高內(nèi)涵細(xì)胞成像分析系統(tǒng)進行實時成像。為了對整個類器官成像，首先使用 2x Plan Apo 物鏡在寬場模式下進行采集，使用 QuickID 程序定位類器官的中心。然后在共聚焦模式下使用 4x Plan Apo 物鏡，拍攝 z 序列。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性程度最高的腦腫瘤（WHO IV 級），其固有的放療抵抗機制始終是臨床治療的核心挑戰(zhàn)，這也是許多患者出現(xiàn)復(fù)發(fā)及放療失敗的主要原因。之前的工作表明，細(xì)胞衰老過程與腫瘤細(xì)胞的治療抗性存在密切關(guān)聯(lián)，而這一領(lǐng)域的突破正為破解放療耐受難題提供全新思路。本研究證實了細(xì)胞衰老相關(guān)基因 IFI16 在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中通過激活鐵死亡調(diào)控因子 HMOX1 的轉(zhuǎn)錄程序，形成抑制鐵死亡-增強輻射抵抗的關(guān)鍵信號軸。結(jié)果顯示，IFI16 通過與轉(zhuǎn)錄因子 JUND 和 SP1 的協(xié)同互作，驅(qū)動 HMOX1 基因的表觀遺傳激活，進而通過抑制輻射誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化級聯(lián)反應(yīng)，阻斷鐵死亡執(zhí)行進程。另外，本研究使用經(jīng)典降糖藥物格列本脲可特異性靶向 IFI16 的 pyrin 結(jié)構(gòu)域，通過干擾其介導(dǎo)的細(xì)胞衰老樣表型，顯著增強腫瘤細(xì)胞對輻射的敏感性。該研究不僅揭示了 IFI16-HMOX1 信號軸在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療抵抗中的核心調(diào)控作用，更通過靶向 IFI16 的藥物重定位策略，為臨床克服放療耐藥提供了兼具理論創(chuàng)新性與轉(zhuǎn)化潛力的治療新范式。

本研究使用 Molecular Devices 公司的 ImageXpress Micro 4 高內(nèi)涵成像系統(tǒng)進行圖像篩選及分析。對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞進行免疫熒光染色檢測，包括細(xì)胞貼壁或輻照后不同時間點的固定，透膜及封閉處理，使用抗 Ki67 或抗 IFI16 一抗結(jié)合 Alexa Fluor 555 標(biāo)記二抗進行熒光標(biāo)記，使用 DAPI 染色細(xì)胞核，通過軟件顆粒度分析功能定量細(xì)胞內(nèi)熒光斑點，從細(xì)胞水平分析 IFI16 等蛋白的表達定位及輻照后的動態(tài)變化，為探究 IFI16 介導(dǎo)的鐵死亡逃避和輻射抵抗機制提供可視化數(shù)據(jù)支撐。