开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
拟研究的问题：
药物在球体细胞中的穿透不同于单层细胞，他们与肿瘤球体的微环境共同决定了抗肿瘤药物的药效学与药动学行为。本课题旨在以3D球体细胞模型为研究对象，以高内涵成像技术为手段，研究抗肿瘤药物的PK/PD相关性。
采用的研究手段：
- 利用低吸附细胞培养板3D球体细胞模型，并使用多功能活细胞成像系统筛选培养条件
- 利用实时定量PCR、投射电镜和相关荧光探针球体细胞模型
- 利用高内涵成像系统研究模型药物的药效学行为
- 利用高内涵成像系统研究模型药物的药动学行为
文献综述：
摘要：随着世界老龄化人口的增长，癌症的发病率与死亡率日渐升高[1]，但抗肿瘤药物开发的现状仍不容乐观。目前抗肿瘤药物的开发主要基于单层细胞模型，因此缺乏体内外相关性。3D球体细胞模型可以更真实地模拟肿瘤微环境。高内涵显微镜保留了传统成像装置的灵敏度，具有更理想的成像速度，能够对于更多样品进行快速检测以及数据分析。基于高内涵显微镜的3D球体细胞成像已经成为药物开发的新策略。
关键词：3D球体细胞、高内涵成像、抗肿瘤
- 3D球体细胞的特征与优势
传统的临床前模型往往以单层细胞为模型，无法真实地模拟肿瘤球体的实际情况，而3D球体细胞模型的出现有望弥合体内外模型的巨大差异。在低吸附细胞培养板中或适当的3D骨架装置中，肿瘤细胞能够自发聚集，自组装为球体细胞。肿瘤球体不仅在形态学特征上与实体肿瘤类似，它还存在着与实体肿瘤类似的肿瘤微环境，包括氧气和养分空间分布差异，细胞-细胞相互作用，细胞-基质相互作用和细胞极化[2]。由于肿瘤球体中缺乏血管，因此它的内部缺乏氧气和营养，具有增殖区、静止区与缺氧区[3][4]。因此，抗肿瘤药物在肿瘤球体细胞中的穿透与杀伤作用与实体瘤中的情况十分类似。研究证实，肿瘤球体细胞能够很好地再现体内肿瘤基因表达谱[5][6]，天生具有多药耐药性。球体细胞中包含不止一种细胞类型，其中的癌症干细胞亚群能够自我更新、启动肿瘤细胞的细胞生长，抵抗细胞死亡，并能促进肿瘤和转移[7]。因此，肿瘤球体细胞模型也是一种针对肿瘤干细胞的药物发现和开发的理想模型。抗肿瘤药物在实体瘤中的穿透一直以来都困扰着药物开发者们。近年来，一些基于肿瘤细胞与成纤维细胞或其他细胞共培养的模型备受青睐。通过合适的共培养比例，人们可以再体外预知药物在瘤内的药动学性质。总体而言，3D球体细胞模型展示出良好的研究前景与应用空间，基于此模型的研究正蓬勃发展。
- 高内涵成像的发展现状
高内涵分析能够对于大量细胞样品进行高通量分析，从单个细胞中提取复杂的信息。高内涵分析不止于是一个结合定量图像分析系统的自动化显微镜，它融合了蛋白组学、无标记检测和流式细胞术的功能[8]。早期的单细胞研究主要基于流式细胞术，但是它对于细胞量有较高的要求，并且需要经过消化等前处理步骤，操作繁琐。随着信息技术的进步，自动对焦、图像采集和实时分析为新药开发的靶标验证、化合物初筛以及优化提供了新思路。通过适当的手段，我们可以利用高内涵成像从整体或亚细胞层面上研究细胞的特征或机制。经过抗体、荧光染料、探针或荧光蛋白标记后，细胞的形态学、运动行、细胞黏附、细胞周期、细胞凋亡、分化都可以被实时监测。此外，诸如蛋白-蛋白相互作用、蛋白定位、翻译后修饰、基因表达、膜转运这些亚细胞层面的变化也可以得到清晰的展现[9]。近十年来新上市的大多数一类新药都是通过表型筛选发现的[10]，高内涵成像高通量的成像速度与分析能力有望在新药开发的过程中发挥重大作用。
- 基于高内涵技术的3D球体细胞成像
建立适当的与疾病相关的生物学模型是高内涵成像技术发挥其功能的基础条件。普通的癌症细胞模型仍是研究者的主流选择，但是原代细胞培养、基因编辑后的细胞系、诱导多功能干细胞也渐渐走入人们的视野。目前，高内涵成像技术被广泛地用于3D细胞、微组织、微器官的成像。在肿瘤球体细胞的细胞毒性研究、形态学变化、细胞入侵和化合物筛选上，高内涵成像系统都展现出令人惊叹的实力。常规地高通量筛选往往基于单层细胞，因此体内外相关性不甚理想。高内涵成像技术提供了一种基于球体细胞的多指标的药效学筛选，能够更加真实客观地反应抗肿瘤药物在瘤内穿透和杀伤作用。但目前该技术尚处于起步阶段，尚有许多技术难题亟待解决。我们期待这一技术能够在药物的开发和应用领域为大家提供一种新的策略。
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