IPA 2023 年 Photogenic 科学影像大赛获奖者

玛丽亚·朱莉娅·德·阿鲁达·马佐蒂·马克斯（Maria Julia de Arruda Mazzotti Marques），巴西圣保罗大学（University of Sao Paulo）
玛丽亚·朱莉娅·德·阿鲁达·马佐蒂·马克斯 巴西圣保罗大学（University of Sao Paulo）
图片说明：在新冠（COVID-19）大流行期间，感染者出现了若干并发症，其中之一是毛霉菌病，这是一种极其侵袭性的真菌疾病，死亡率很高，尤其见于免疫系统受损的人群。大多数毛霉菌病病例由米根霉（Rhizopus oryzae，又称黑真菌）引起。
© 2023 玛丽亚·朱莉娅·德·阿鲁达·马佐蒂·马克斯 米根霉（Rhizopus oryzae）菌丝和孢子的自体荧光
2022 年 10 月，世界卫生组织（WHO）发布了首份对公共卫生构成重大风险的真菌清单，原因在于缺乏快速诊断手段，且这类真菌疾病以侵袭方式影响虚弱的患者。该清单提及的真菌之一是可引起毛霉菌病的根霉属（Rhizopus spp.）。世界卫生组织发布此清单旨在提请全世界关注投资研究、并为这些感染开发新的诊断与控制方法的重要性 [1]。
目前使用的治疗基于大剂量两性霉素 B 和泊沙康唑，并尽可能辅以手术切除。然而，即便进行积极的抗真菌治疗，估计的归因死亡率仍然很高。在缺乏对受感染组织进行手术清创的情况下，仅靠抗真菌治疗无法治愈。因此，需要开发辅助治疗。抗菌光动力疗法（aPDT）可能是毛霉菌病的一种辅助治疗选项。
由于文献中缺乏关于米根霉的形态学和光动力灭活的报告，我们使用共聚焦荧光显微镜对该真菌进行了表征。图像展示了米根霉的自体荧光，通过它可以观察到菌丝和孢子的天然荧光。可以看到菌丝呈圆柱形且相当细长，并观察到菌丝中存在无荧光区域；这些区域很可能含有黑色素，吸光性很强。
[1] 世界卫生组织（WORLD HEALTH ORGANIZATION）。《WHO 真菌优先病原体清单：指导研究、开发与公共卫生行动》（WHO fungal priority pathogens list to guide research, development and public health action）。可获取于：https://www.who.int/publications/i/item/9789240060241
图片说明：这是一张通过共聚焦显微镜拍摄的 U87 细胞图像，U87 细胞是一种人胶质母细胞瘤细胞系。图像展示了两种蛋白——WIP（绿色）和 IQGAP（蓝色）——与肌动蛋白丝（红色）的共定位。由此，我们可以确认这两种蛋白的位置。
肌动蛋白细胞骨架是细胞内至关重要且精细的结构框架，协调着一系列基础过程，涵盖细胞运动与形态。这一精细框架由肌动蛋白聚合物的复杂互连构成，精密交织成动态网络。值得注意的是，肌动蛋白细胞骨架的精细组成涉及多种蛋白的积极参与，突出的例子包括 WASP（Wiskott-Aldrich 综合征蛋白）和 WIP（WASP 相互作用蛋白）。这些蛋白在这一细胞骨架矩阵的编排与加固中发挥关键功能，确保其结构组织与完整性。
© 2023 玛丽亚·罗萨多（Maria Rosado） 《像钻石一样闪耀》（Shine bright like a diamond）
在所呈现的图像中，特别强调的是 WIP 蛋白，以绿色视觉标示。这一特定蛋白因其显著调节 WASP 蛋白的稳定性和运作动态而成为焦点，代表了细胞骨架动态的一个关键方面（1）。需要指出的是，WIP 与 WASP 之间的相互作用在塑造细胞反应与行为方面发挥重要作用。更重要的是，WIP 的表达与多种类型的癌症存在复杂关联。在淋巴瘤中，WIP 充当肿瘤抑制因子，抑制恶性肿瘤的进展；相反，在实体瘤领域，WIP 扮演不同角色，表现得像癌基因，可能促成肿瘤发生过程的启动与推进。
本研究的主要目标是确定 WIP 在人胶质母细胞瘤细胞中的自然定位。此外，研究还旨在验证其与此前在其相互作用网络中鉴定的 IQGAP 蛋白（蓝色）的共定位。
胶质瘤是中枢神经系统内累及大脑和脊髓的异常生长。在这一类别中，有弥漫性胶质瘤，它们缺乏清晰边界，被认为是原发性恶性肿瘤中最常见的形式。胶质母细胞瘤是属于弥漫性胶质瘤组的一个特定亚型（2）。胶质母细胞瘤有不同级别，其中四级最具侵袭性，又称多形性胶质母细胞瘤（GBM）（3）。
使用共聚焦显微镜拍摄此类图像，我们可以精确确定 WIP 在细胞核与细胞质中的定位。这在细胞外侧区域尤为明显，即紧邻肌动蛋白丝（红色）的区域，IQGAP 也存在于此处。由此，我们成功验证了这两种蛋白在胶质母细胞瘤细胞中的共定位。我们的首要目标仍在于为这些相关蛋白所关联肿瘤的潜在机制提供新见解。这些信息对于设计创新治疗方法极具价值。
1. Antón I. A.、Jones G. E.、Wandosell F.、Geha R. 与 Ramesh N.（2007）。《WASP 相互作用蛋白（WIP）：参与聚合以及更多功能》（WASP interacting protein (WIP): working in polymerisation and much more）。《细胞生物学趋势》（Trends in Cell Biology）17(11): 555-562。 2. Ferris S. P.、Hofmann J. W.、Solomon D. A. 与 Perry A.（2017）。《胶质瘤的特征鉴定：从形态到分子》（Characterization of gliomas: from morphology to molecules）。《维尔肖档案》（Virchows Archiv）471: 257-269。 3. Holland E. C.（2000）。《多形性胶质母细胞瘤：终结者》（Glioblastoma multiforme: The terminator）。《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）97(12): 6242-6244。
© 2023 丹尼斯·苏尔瓦诺斯（Dennis Sourvanos） 《组织间质猪骨组织》（Interstitial Porcine Bone Tissue）
丹尼斯·苏尔瓦诺斯 美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）
图片说明：660 纳米红色波长点光源穿过猪骨组织照射，优雅地揭示出吸收系数与散射系数。这张图像展示了一盏绚丽的点光源，优雅地穿透猪髁的皮质骨组织。两道 4 厘米平行的骨切开槽分别容纳一个光源和一个各向同性探测器，探测器连接到一个电动剂量测定系统。
© 2023 马文·泽维尔塞尔万（Marvin Xavierselvan） 《球体活力评估：活/死成像揭示光动力疗法的影响》（Spheroid Viability Assessment: Live/Dead Imaging Reveals the Impact of Photodynamic Therapy）
图片说明：该图像展示了光动力疗法（PDT）后球体的活力评估。DAPI 染色使所有细胞的细胞核可视化，活细胞用钙黄绿素-AM（Calcein-AM）染色标记，死细胞则用 EthD-1 染色特异性标记。该染色全面评估了球体对 PDT 的治疗效果与细胞活力。光动力疗法（PDT）对氧的依赖在癌症治疗中构成重大挑战，因为实体瘤核心普遍存在缺氧。低氧含量使肿瘤对其他主要疗法产生抗性。要更好地理解缺氧在癌症治疗中的意义，关键在于开发一个合适的模型，以反映肿瘤的氧气与营养梯度、细胞异质性、肿瘤结构和生理条件。二维体外模型虽能开展受控实验以测试潜在治疗策略，却无法提供与体内环境同等水平的细胞异质性和肿瘤结构。相反，体内实验资源密集且缺乏高通量筛选能力。多细胞肿瘤球体模型弥合了这一差距，可模拟肿瘤微环境和缺氧条件。
三维球体模型前景广阔，因为它们更贴近真实肿瘤内部的生理条件。其独特优势在于捕捉精细的细胞间以及细胞与细胞外基质的相互作用，反映真实肿瘤微环境的复杂动态。借助这一模型，我们可以研究缺氧对各种细胞过程的影响，并在受控且切合实际的环境中测试潜在的治疗策略。
我们采用这一模型构建了缺氧的头颈癌（HNC）球体，并监测缺氧的形成与进展。完成缺氧表征后，我们评估了光敏剂（BPD）在头颈癌球体中的摄取与空间分布。最后，我们用 BPD-PDT 处理球体，并使用活死染色评估细胞活力。钙黄绿素-AM（Calcein-AM）对活细胞染色，EthD-1 特异性地对死细胞染色。DAPI 染色用于使所有细胞的细胞核可视化。该染色全面评估了球体对 PDT 的治疗效果与细胞活力。总体而言，球体模型可以阐明缺氧与 PDT 疗效之间的相互作用，并有助于开发更有效的癌症疗法。
「光影科学」（Photogenic Scientific）奖项于在芬兰坦佩雷举行的第 18 届国际光动力协会（IPA）世界大会上颁发。