胶质瘤(Glioma)是中枢神经系统最常见的原发性肿瘤,占成人中枢神经系统恶性肿瘤80%以上。其中胶质母细胞瘤(Glioblastoma Multiform,GBM)最为常见,恶性程度最高。GBM具有分化差,细胞多形性,核异型性,活跃的有丝分裂象,微血管肾小球样增生以及假栅栏样坏死等病理特征。目前临床上GBM的公认治疗手段为最大安全范围内手术切除肿瘤,同时结合放疗、化疗。但是GBM患者的预后不容乐观。随着对GBM认识加深,GBM的异质性被认为是各种全面治疗抵抗以及预后不良的关键原因。然而传统的组织切片,采用苏木素-伊红染色、免疫组织化学和免疫荧光等二维(2D)的分析方法难以全面体现GBM空间异质性。近年研发出来的利用化学试剂使器官或大块生物组织透明,光学仪器直接进行观察的透明化-三维(3D)成像技术在神经网络研究中得到广泛运用。本研究通过从细胞形态、细胞分布特征、组织结构、GBM细胞空间分布异质性四个方面对透明化-3D成像技术与2D图像成像技术的图像信息呈现特点进行比较。第一章光学组织透明化技术适用于正常脑组织与GBM组织方法:应用CUBIC和iDISCO+光学组织透明化技术分别对正常大鼠脑和人类GBM及正常脑组织处理,并使用DAPI进行细胞核染色,通过使用多光子显微镜对深部组织成像,评估透明化3D成像效果。结果:应用CUBIC和iDISCO+光学组织透明化技术分别处理大鼠脑组织和GBM组织后,观察到组织透亮,光线未发生明显扭曲,多光子显微镜从不同角度,不同深度清晰详细人类GBM及正常脑组织成像。第二章2D与3D成像方式在脑组织与GBM组织中的比较方法:应用IHC、IF技术在组织石蜡包埋切片、GBM原代细胞培养进行标记染色,显微镜成像;应用光学组织透明化技术对脑组织透明化,进行标记染色,多光子显微镜3D成像。结果:细胞形态、分布以及大体空间结构三方面对比发现在2D技术图像中阳性结果清晰可靠却未能整体三维观察,缺乏立体形态信息;光学组织透明化3D成像可以从不同角度、不同深度、不同层面定性、定量及整体观察细胞形态、分布,此外还清晰展示了脑组织中髓鞘与血管的走行,展现出了 3D成像反映组织细节空间建构的优势。第三章3D成像方法为GBM提供了精确的空间异质性信息方法:应用光学组织透明化技术、IF技术分别处理GBM组织,细胞干性标记,星形胶质细胞分化标记,血管标记,免疫细胞标记荧光染色,应用多光子显微镜、荧光显微镜分别成像分析。结果:GBM组织中不同深度层面肿瘤细胞的干性、分化程度、微血管及免疫细胞细胞密度不均匀分布。总的来说2D成像方法准确展示出了细胞的平面形态和蛋白表达定位,3D成像方法在跨越大尺度空间的细胞立体形态、分布以及组织大型结构时展现了显著优势。此外,联合运用2D和3D的成像分析方法进一步发挥优势认识了 GBM细胞的空间异质性。