Ein multimodales Bildgebungs-Framework zur Verbesserung der Phänotypisierung von lebenden markierungsfreien Brustkrebszellen

Leonardo Bianchi; Arianna Bresci; Koseki J. Kobayashi-Kirschvink; Gabriela Paroni; Paola Saccomandi; Peter T. C. So; Jeon Woong Kang

doi:10.3791/68498

Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Methodenartikel

Ein multimodales Bildgebungs-Framework zur Verbesserung der Phänotypisierung von lebenden markierungsfreien Brustkrebszellen

1.9K Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/68498

⸱

22. August 2025

Leonardo Bianchi¹^,²^,³ , Arianna Bresci² , Koseki J. Kobayashi-Kirschvink²^,⁴ , Gabriela Paroni⁵ , Paola Saccomandi³ , Peter T. C. So¹^,²^,⁶ , Jeon Woong Kang²

¹Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, ²Laser Biomedical Research Center, G. R. Harrison Spectroscopy Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, ³Department of Mechanical Engineering, Politecnico di Milano, ⁴Klarman Cell Observatory, Broad Institute of MIT and Harvard, ⁵Department of Molecular Biochemistry and Pharmacology, Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri IRCCS, ⁶Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll stellt einen multimodalen Ansatz dar, der Raman-Spektroskopie und tomographische Phasenmikroskopie für eine markierungsfreie, nicht-invasive Phänotypisierung lebender menschlicher Brustkrebszellen kombiniert. Es umfasst eine benutzerfreundliche, human-bias-freie Analysepipeline für eine schnelle, quantitative morphochemische Analyse, die detaillierte molekulare und strukturelle Einblicke mit Anwendungen in der Krebsforschung und Zellbiologie liefert.

Zusammenfassung

Wir präsentieren die multimodale konfokale Raman-Mikrospektroskopie (RS) und die tomographische Phasenmikroskopie (TPM) für die schnelle morphochemische Phänotypisierung menschlicher Brustkrebszellen (MDA-MB-231). Unter Ausnutzung der nicht-perturbativen Natur dieser fortschrittlichen Mikroskopietechniken haben wir detaillierte morphomolekulare Daten von lebenden, markierungsfreien Zellen in ihrer natürlichen physiologischen Umgebung erfasst. Es wurden humane verzerrungsfreie Datenverarbeitungspipelines entwickelt, um hyperspektrale Raman-Bilder (die Raman-Moden von 600 ^cm-1 bis 1800 ^cm-1 abdecken und eine breite Palette von molekularen Bindungen und subzellulären Strukturen einzigartig charakterisieren) sowie morphologische Daten aus dreidimensionalen Brechungsindex-Tomogrammen (die Messungen des Zellvolumens, der Oberfläche, des Fußabdrucks und der Sphärizität mit Nanometerauflösung ermöglichen) zu analysieren, neben Trockenmasse und Dichte). Durch die systematische Aufschlüsselung der reichhaltigen Einzelzelldetails, die RS und TPM liefern, zeigen wir auf quantitative Weise den Vorteil einer solchen multimodalen Mikroskopiemethode für die Phänotypisierung von tumoralen Brustkrebszellen. Unsere Tools bieten auch weitere Einblicke in die subzellulären Informationen, ohne dass Markierungen verwendet werden. Schließlich untersuchen und diskutieren wir alle einzigartigen oder korrelierten Informationen, die RS- und TPM-abgeleitete Datensätze enthalten. Wir glauben, dass unsere Tools und quantitativen Datenanalyse-Pipelines die Phänotypisierungsaufgaben in der biomedizinischen Forschung revolutionieren können, wenn eine schnelle und störungsfreie Methode an lebenden Zellen in Kultur benötigt wird, mit dem Potenzial für eine zukünftige Umsetzung in klinische und diagnostische Anwendungen.

Einleitung

Die Charakterisierung und Phänotypisierung von Zellen sind zentrale Aspekte der biomedizinischen Forschung¹. Die Fähigkeit, Zellen sowohl auf morphologischer als auch auf molekularer Ebene zu charakterisieren, ist für das Verständnis der Zellfunktion, Differenzierung und Pathologie von größter Bedeutung ^1,2,3. Es ist besonders interessant im Bereich der Onkologie, wo ein genaues Zellprofiling für die Tumordiagnose, die Bestimmung des Krankheitsstadiums und letztendlich die Identifizierung therapeutischer Ziele erforder....