Discoverer生物型布里渊显微镜——肿瘤微环境与癌症研究的力学新视角
癌症是全球范围内的主要疾病之一，早期诊断被认为是提高患者预期寿命和长期预后的关键步骤。近年来，肿瘤的力学特性（如刚度和粘弹性）正被越来越多地认为是癌症进展、侵袭和治疗响应的关键物理标志物。然而，传统的力学测量手段难以在不破坏样本的情况下获取三维肿瘤组织的力学信息。布里渊显微镜的出现，为癌症研究提供了全新的技术路径。世联博研（北京）科技有限公司是该产品的核心合作伙伴。
一、癌症早期诊断的力学新标志物
2025年发表于《Journal of Biomedical Optics》的综述论文系统总结了布里渊显微镜在癌症研究中的应用进展。研究发现，该技术能够一致性地在生物力学上区分健康与病变细胞、类器官及组织，覆盖多种癌症类型。研究涵盖了四种主要样本类型：细胞培养物、微流控环境中的细胞、类器官和离体组织，证实了布里渊显微镜在癌症检测中的广泛适用性。
布里渊显微镜的核心价值在于其无标记、非侵入的特性，使其能够在样本原生状态下获取力学信息，无需荧光标记或物理接触。布里渊频移可反映材料的刚度变化，而癌症进展过程中常伴随着组织刚度、粘弹性等力学特性的改变，这为癌症的早期筛查提供了新的物理参数。
二、肿瘤球体与类器官的三维力学图谱
德国德累斯顿工业大学Taubenberger课题组依托Discoverer系统，完整解析了单细胞向多细胞肿瘤球体转化、肿瘤细胞向外侵袭全过程的细胞体积可塑性与力学演变规律，成果发表于《Advanced Science》。研究对MCF-7乳腺癌球体开展了长达14天的时序追踪，揭示了单细胞与多细胞结构中力学特性的差异。
在胶质母细胞瘤研究中，研究人员发现同一细胞系的球体表现出相对均一的生物力学特性，而来自同一患者的类器官则表现出更大的力学异质性。布里渊频移和带宽在拉曼聚类中表现出显著变化，凸显了在生物力学评估中考虑生化组成的必要性。
三、基质刚度对肿瘤力学的影响
在水凝胶中肿瘤球体的力学特性研究中，将MDA-MB-231（基底型乳腺癌细胞系）、PANC1（胰腺癌细胞系）和PC3（前列腺癌细胞系）分别包埋于顺应性和坚硬的不可降解水凝胶中，发现在坚硬凝胶中生长的球体布里渊频移低于顺应性水凝胶中的球体。这一发现揭示了基质刚度对肿瘤力学特性的调控作用。
四、肿瘤力学与侵袭性的相关性
布里渊显微镜可对肿瘤球进行三维层扫，测定组织三维力学信息，研究癌变组织的机械特性与侵袭性的相关性。肿瘤球的布里渊层扫可揭示球体内部不同区域的力学差异，为理解肿瘤的异质性提供了新的视角。
五、从基础研究到临床转化的路径
该综述论文指出，布里渊显微镜向临床转化需要以下关键发展：测量标准化、将统计和人工智能方法纳入数据分析和自动诊断，以及进一步开发适用于原位和在体微力学测量的硬件。中科院上海光机所的研究团队已刷新高时空分辨布里渊显微成像世界纪录，在保持优异成像质量的前提下将成像速度提升两个数量级，实现亚毫秒时间分辨与亚微米空间分辨的力学成像。
特征与好处
特征 好处
无标记、非接触式三维力学成像 可在样本原生状态下获取肿瘤力学信息，无需物理接触或荧光标记
可在健康与病变组织间进行一致性的生物力学区分 为癌症早期诊断提供新的物理标志物，覆盖多种癌症类型
可对肿瘤球体开展长达14天的时序追踪 追踪肿瘤从单细胞到多细胞结构全过程的力学演变
基质刚度对肿瘤力学特性的调控研究 揭示细胞外基质力学环境对肿瘤表型的影响
研究成果发表于《Advanced Science》《Journal of Biomedical Optics》 科研价值获国际学术期刊认可
可兼容共聚焦、荧光等多模态联用 力学信息与分子标记、结构信息同步获取，数据关联性更强
