局部氧梯度存在于所有組織中,，無論是天然的還是工程的,。組織氧合影響細胞遷移、增殖和分化,。缺氧環(huán)境對于某些發(fā)育過程是必要的，例如胚胎和成體干細胞需要特定的氧張力來維持其多能性、分化或維持其分化,。然而，缺氧微環(huán)境也是癌癥組織的共同特征,，因為它們的新陳代謝上調,。多細胞腫瘤球體 （MCTS） 被認為是使用體內或體外腫瘤材料的有用體外替代方案。它們是研究抗癌藥物效果的有力工具,，因為它們代表了 2D 單層細胞和常規(guī)組織結構之間的中間體,。了解球狀體及其不同區(qū)域（增殖區(qū)、靜止區(qū),、壞死區(qū)）內的氧合狀態(tài)對腫瘤研究至關重要,。例如，中央球狀體區(qū)域缺氧會導致核心靜止或壞死,。氧合狀態(tài)可作為抗癌藥物療效的指標,，有助于識別和選擇合適的個性化藥物。關于活體 3D 細胞培養(yǎng)物中的時間和空間分辨氧合和缺氧的信息仍然缺乏適當的生物相容性測量技術,。在這里,，我們提出了一種技術，該技術允許在較長時間的生長條件下對3D細胞培養(yǎng)模型進行空間和時間分辨監(jiān)測,。它可以在正常培養(yǎng)系統(tǒng)內進行自動,、非侵入性測量，并提供 2D 橫截面氧分布,。

材料與方法

    使用二維氧成像系統(tǒng)VisiSens TD（PreSens,，Regensburg，Germany）記錄時空梯度,，該系統(tǒng)帶有一個特殊的顯微成像附件,，該附件由顯微鏡鏡頭和適配激發(fā)光源（VisiSens TD MIC Kit）組成,。SF-RPSu4氧傳感器箔（PreSens，Regensburg,，Germany）用于定量局部O2濃度,。使用VisiSens ScientifiCal軟件進行單圖像2D映射或時間序列圖像采集以及圖像評估。傳感器在37 °C下使用0 %和100 %空氣飽和介質進行兩點校準,。

   O的碎片2用硅膠（SG-1型）將傳感器箔（生長面積為0.385 cm2）粘在直徑為3.5 cm的標準培養(yǎng)皿的底部,。白色光學隔離層從傳感器箔上剝離。用氬等離子體處理具有集成傳感器的培養(yǎng)皿 1 分鐘,，并用 150 μl 胎牛血清 （FCS） 包被氧敏箔以支持細胞粘附,。在傳感箔周圍放置一個直徑為 0.7 cm 的圓形 PDMS 腔室，以簡化球體的播種并在附著階段將其保持在適當的位置,。在氧傳感器箔區(qū)域加入100μl含有單個3D培養(yǎng)球體（起始細胞數3000;直徑約500μm）的MCF-7培養(yǎng)基,。培養(yǎng)皿的周圍區(qū)域被MCF-7培養(yǎng)基淹沒，以防止樣品變干,。將球狀體附著在氧敏感基質表面24小時（37°C,，5%CO2).

    圖1：采用MIC配置的VisiSens TD氧氣成像系統(tǒng)圖像（左）。小型化允許將檢測器和激發(fā)單元集成到標準細胞培養(yǎng)箱中,。傳感器箔粘在細胞培養(yǎng)培養(yǎng)皿的底部，培養(yǎng)皿可以放置在讀出單元的樣品架上,。MCF-7 球體在粘附在傳感器箔片上時形成半球形結構（右）,。生物相容性氧敏箔由成像系統(tǒng)的 LED 激發(fā)，發(fā)射由靈敏相機映射,。自動測量由VisiSens ScientifiCal軟件控制,。