Discoverer生物型布里渊显微镜——三维肿瘤微环境力学表征的新突破
布里渊显微镜（Brillouin microscope）是基于受激布里渊散射原理发展而来的全光学非接触三维力学成像技术，可通过分析布里渊散射光的频移和谱宽信息，表征样品的弹性模量与粘性，具有高空间分辨率特性。该技术可获取生物样本局部组织的纵向弹性模量分布，在生物力学、植物学、肿瘤学、发育学等领域有着广泛的应用前景。
肿瘤微环境的力学特性正日益被认为是影响癌症进展、侵袭和治疗响应的关键因素之一。Discoverer™生物型布里渊显微镜凭借其无标记、非接触、三维成像的核心优势，为三维肿瘤微环境力学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、肿瘤微环境研究的力学维度
肿瘤微环境是一个复杂的生态系统，其中细胞外基质的刚度对肿瘤细胞的增殖、迁移和药物响应具有深远影响。传统检测手段难以在不破坏三维多细胞结构的前提下获取微环境力学信息。接触式检测（如AFM、微针）需要机械探针触碰样本，会破坏三维多细胞结构，无法原位追踪球体内部细胞力学变化；荧光/共聚焦成像仅能观测细胞形态与周期分布，无法定量获取细胞刚度等力学参数；标记类成像手段易引发光毒性，干扰细胞原生生理状态。
布里渊显微镜采用780 nm近红外低光毒激光，全程无需荧光染色、无机械探针接触，可在样本原生状态下完成三维力学成像。
二、基质刚度对肿瘤细胞力学的调控
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，研究人员发现了一个重要的力学现象：在坚硬凝胶中生长的MDA-MB-231、PANC1和PC3肿瘤球体的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表型的关键调控作用——不同刚度的细胞外微环境会显著改变肿瘤细胞自身的力学特性，进而可能影响其增殖、侵袭和转移行为。布里渊显微镜为研究这一“基质-细胞”力学耦合机制提供了直接的定量工具。
三、从单细胞到多细胞球体的力学演变
德国德累斯顿工业大学Taubenberger课题组利用Discoverer系统，在PEG-肝素水凝胶中培养MCF-7乳腺癌细胞，从单个细胞开始追踪其形成多细胞球体的完整过程。
研究发现，与单细胞相比，多细胞结构内的细胞具有增加的质量密度和更高的布里渊频移，其细胞质更为拥挤且可压缩性降低，表明单细胞和多细胞系统之间的细胞体积调节机制存在差异。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动态演变规律。
四、三维力学成像的临床转化潜力
布里渊显微镜在肿瘤研究中的应用正在从基础研究向临床转化方向拓展。该技术可在无标记条件下区分健康与病变组织，为癌症早期诊断提供全新物理参数。在肿瘤学领域，布里渊显微镜已被应用于肿瘤球层扫（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）、肿瘤类器官力学表征（追踪类器官在三维微环境中的力学变化，评估药物干预效果），以及肿瘤微环境与细胞力学的交叉研究。
特征与好处
特征 好处
无标记、非接触式三维力学成像 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
780 nm近红外激光，低光毒性 可对肿瘤球体开展长达14天的时序追踪，不干扰细胞正常生理状态
可直接在3D水凝胶体系中原位检测 获得更接近体内真实情况的肿瘤微环境力学数据
基质刚度对肿瘤力学表型的研究 揭示细胞外基质力学环境对肿瘤细胞力学特性的调控机制
三维力学成像，覆盖单细胞至多细胞球体 追踪肿瘤从单细胞到多细胞结构全过程的力学演变
多模态兼容 可与明场、荧光、共聚焦同步成像，实现力学与结构信息的关联分析
