在过去的几十年里，由于分辨率、体积成像自动化和数据处理能力的进步，3D电镜的体积容量和分辨率大幅提高[2,3]。在过去的15年里，这些进步已经使3D电镜项目从跨越小的组织子区域[1]发展到跨越整个器官的高分辨率。正如我们在之前的博文中提到的，3D电镜技术已经为连接体的成像和分析提供了一个完美的工具。在这篇博文中，我们将更多地关注3D电镜在癌症研究中的应用，以及该技术如何帮助研究人员了解疾病进展、诊断患者和开发新的治疗方法。

癌症的标志

癌症是一种异源性疾病，在人类肿瘤的多步骤发展过程中，可以有多种标志。六大主要标志是逃避生长抑制因子、抵抗细胞死亡、维持增殖信号、使复制死亡、激活侵袭和转移、诱导血管生成（新血管的萌发）[4]。当观察细胞组织和（癌）细胞与肿瘤微环境之间的相互作用时，所有这些标志都可以通过使用高分辨率成像来观察。

不同类型组织的超微结构细节

凭借3D电镜的高分辨率能力，研究人员正在研究该技术的各种不同应用。其中一个应用是将3D电镜作为癌症研究的诊断技术。电镜的高分辨率对于检测细胞和组织的最小变化非常有用，如果使用光学显微镜，可能无法看到这些变化。目前的研究表明，三维扫描电子显微镜（3D SEM）能快速、准确地对超微结构进行成像[5]。利用3D电镜，可以识别不同的肿瘤发生标志，从而区分健康组织和肿瘤细胞。可以获得多种类型组织的全面超微结构细节，如肾、脑、前列腺和肺组织等，在这些组织中可以获得必要的信息，从而得到准确的病理诊断。这个3DEM的应用方向还在研究中，但结合已有的技术，它可以成为癌症基础研究和患者诊断的有用工具。此外，未来3D电镜工作流程的高通量为比较研究开辟了道路，来自不同肿瘤或活检的3D电镜体积进行比较，以发现肿瘤发生过程中的共同特征。

用3D电镜进行体内成像

癌症研究中最有希望的下一步成像工作之一，就是不仅能获得高分辨率的3D电镜数据，还能获得更多关于肿瘤如何随时间发展其标志的信息，如激活入侵和转移。在Karreman等(2015)的研究中，3D电镜与眶内显微镜(IVM)和显微X射线计算机断层扫描(microCT)相结合，以获得肿瘤细胞及其转移特性的这种高分辨率3D信息[6]。研究人员从小鼠的大脑和皮肤的血管中捕获了单个肿瘤细胞。这些细胞的3D电镜图像与显微X射线计算机断层扫描相关联，进而拟合眶内显微镜数据，这种结合为在更高的分辨率和体内研究这些细胞的超微结构提供了可能。

3D电镜的未来

正如这些研究领域所显示的，3D电镜在癌症研究中的应用仍在发展中。然而，它们也表明了该技术具有巨大的潜力，因为它具有纳米级生物过程成像所需的分辨率。Delmic与赛默飞（Thermo Fisher Scientific）、Technolution和代尔夫特理工大学（TU Delft）共同开发了一个高度自动化的3D电镜系统，FAST-EM。这种多束电子显微镜使用64个电子束，可以对样品进行更快的平行成像，极大减少了对大型3D样品成像所需的时间。 随着每个像素停留时间的减少(400ns)，样品面临的光束损伤更小，同时保留了高信噪比。将我们用户友好的FAST-EM系统集成到您的标准工作流程中，将实现高分辨率、大体积的癌症研究成像。

参考文献

[1] Denk W, Horstmann H (2004) Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy to Reconstruct Three-Dimensional Tissue Nanostructure. PLoS Biol 2(11): e329. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0020329

[2] Hildebrand, D., Cicconet, M., Torres, R. et al. Whole-brain serial-section electron microscopy in larval zebrafish. Nature 545,345–349 (2017). https://doi.org/10.1038/nature22356

[3] Motta, A., Berning, M., Boergens, K. M., Staffler, B., Beining, M., Loomba, S., Hennig, P., Wissler, H., & Helmstaedter, M. (2019). Dense connectomic reconstruction in layer 4 of the somatosensory cortex. Science (New York, N.Y.), 366(6469). https://doi.org/10.1126/science.aay3134

[4] Hanahan, D., & Weinberg, R. A. (2011). Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell, 144(5), 646–674. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013

[5] Cohen Hyams, T., Mam, K., & Killingsworth, M. C. (2020). Scanning electron microscopy as a new tool for diagnostic pathology and cell biology. Micron, 130, 102797. https://doi.org/10.1016/j.micron.2019.102797

[6] Karreman, M. A., Mercier, L., Schieber, N. L., Solecki, G., Allio, G., Winkler, F., Ruthensteiner, B., Goetz, J. G., & Schwab, Y. (2015). Fast and precise targeting of single tumor cells in vivo by multimodal correlative microscopy. Journal of Cell Science, 129(2), 444–456. https://doi.org/10.1242/jcs.181842