局部氧梯度存在于所有组织中，无论是天然的还是工程的。组织氧合影响细胞迁移、增殖和分化。缺氧环境对于某些发育过程是必要的，例如胚胎和成体干细胞需要特定的氧张力来维持其多能性、分化或维持其分化。然而，缺氧微环境也是癌症组织的共同特征，因为它们的新陈代谢上调。多细胞肿瘤球体 （MCTS） 被认为是使用体内或体外肿瘤材料的有用体外替代方案。它们是研究抗癌药物效果的有力工具，因为它们代表了 2D 单层细胞和常规组织结构之间的中间体。了解球状体及其不同区域（增殖区、静止区、坏死区）内的氧合状态对肿瘤研究至关重要。例如，中央球状体区域缺氧会导致核心静止或坏死。氧合状态可作为抗癌药物疗效的指标，有助于识别和选择合适的个性化药物。关于活体 3D 细胞培养物中的时间和空间分辨氧合和缺氧的信息仍然缺乏适当的生物相容性测量技术。在这里，我们提出了一种技术，该技术允许在较长时间的生长条件下对3D细胞培养模型进行空间和时间分辨监测。它可以在正常培养系统内进行自动、非侵入性测量，并提供 2D 横截面氧分布。

材料与方法

    使用二维氧成像系统VisiSens TD（PreSens，Regensburg，Germany）记录时空梯度，该系统带有一个特殊的显微成像附件，该附件由显微镜镜头和适配激发光源（VisiSens TD MIC Kit）组成。SF-RPSu4氧传感器箔（PreSens，Regensburg，Germany）用于定量局部O2浓度。使用VisiSens ScientifiCal软件进行单图像2D映射或时间序列图像采集以及图像评估。传感器在37 °C下使用0 %和100 %空气饱和介质进行两点校准。

   O的碎片2用硅胶（SG-1型）将传感器箔（生长面积为0.385 cm²）粘在直径为3.5 cm的标准培养皿的底部。白色光学隔离层从传感器箔上剥离。用氩等离子体处理具有集成传感器的培养皿 1 分钟，并用 150 μl 胎牛血清 （FCS） 包被氧敏箔以支持细胞粘附。在传感箔周围放置一个直径为 0.7 cm 的圆形 PDMS 腔室，以简化球体的播种并在附着阶段将其保持在适当的位置。在氧传感器箔区域加入100μl含有单个3D培养球体（起始细胞数3000;直径约500μm）的MCF-7培养基。培养皿的周围区域被MCF-7培养基淹没，以防止样品变干。将球状体附着在氧敏感基质表面24小时（37°C，5%CO2).

    图1：采用MIC配置的VisiSens TD氧气成像系统图像（左）。小型化允许将检测器和激发单元集成到标准细胞培养箱中。传感器箔粘在细胞培养培养皿的底部，培养皿可以放置在读出单元的样品架上。MCF-7 球体在粘附在传感器箔片上时形成半球形结构（右）。生物相容性氧敏箔由成像系统的 LED 激发，发射由灵敏相机映射。自动测量由VisiSens ScientifiCal软件控制。