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類器官厚樣本的深層成像

更新時(shí)間：2024-07-22 點(diǎn)擊次數(shù)：904

引言

大型多細(xì)胞系統(tǒng)的實(shí)時(shí)成像是現(xiàn)代生物學(xué)研究中的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性但至關(guān)重要的方面。傳統(tǒng)顯微鏡技術(shù)在提供高分辨率的三維圖像方面往往有所不足，尤其是對(duì)于需要最小光毒性的深層樣本。開(kāi)發(fā)開(kāi)放式多樣本雙視角光片顯微鏡在這一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。本文探討了這一創(chuàng)新顯微鏡系統(tǒng)的功能和測(cè)試應(yīng)用。

腸類器官

利用光片顯微鏡對(duì)模擬腸道上皮的復(fù)雜結(jié)構(gòu)——腸類器官進(jìn)行成像，追蹤細(xì)胞動(dòng)態(tài)和分化過(guò)程。顯微鏡詳細(xì)展示了數(shù)天內(nèi)的隱窩和絨毛形成，為細(xì)胞周期動(dòng)態(tài)和類器官內(nèi)不同細(xì)胞類型成熟提供洞見(jiàn)。

圖 g. 表達(dá)Fucci2報(bào)告基因（hGem-mVenus和hCdt1-mCherry）的類器官在獲取過(guò)程中沿z軸的最大強(qiáng)度投影圖（MIPs），展示了三個(gè)時(shí)間點(diǎn)。黃色線條指示了圖 h 中橫截面的位置。比例尺，50 μm。

圖 h. 使用檢測(cè)1、檢測(cè)2及融合數(shù)據(jù)的類器官在xz平面的橫截面圖。比例尺，50 μm。

小鼠肝類器官

光片系統(tǒng)還有效地對(duì)小鼠肝臟類器官進(jìn)行成像。連續(xù)成像數(shù)天，觀察到了生長(zhǎng)模式、細(xì)胞間相互作用及其對(duì)處理的反應(yīng)，展示了顯微鏡在不同生物模型中的多樣性。

圖 k. 表達(dá)mg-GFP和H2B-mCherry的肝類器官在時(shí)間推移過(guò)程中沿z軸的最大投影圖，展示了三個(gè)時(shí)間點(diǎn)。比例尺，50 μm。

圖 l. 肝類器官的3D渲染圖，放大圖顯示了有膜信號(hào)和無(wú)膜信號(hào)的區(qū)域。比例尺，50 μm。

水螅

對(duì)水螅再生過(guò)程的監(jiān)測(cè)歷時(shí)2.5天。顯微鏡提供了優(yōu)秀的時(shí)間分辨率，捕捉到身體軸線的形成及新形成的球體中口部和非口部結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

圖 i. 表達(dá)外胚層報(bào)告基因（ecto [β-act::RFP]）的水螅在時(shí)間推移過(guò)程中沿z軸的最大投影圖，展示了三個(gè)時(shí)間點(diǎn)。黃色線條指示了圖 j 中橫截面的位置。比例尺，50 μm。

圖 j. 使用檢測(cè)1、檢測(cè)2或融合數(shù)據(jù)的水螅在圖 i 中顯示的xz平面的橫截面圖。比例尺，50 μm。

開(kāi)放式多樣本雙視角光片顯微鏡

設(shè)計(jì)和特點(diǎn)

開(kāi)放式多樣本雙視角光片顯微鏡結(jié)合了雙重照明和雙重檢測(cè)鏡頭，以實(shí)現(xiàn)多角度的高分辨率成像。其主要特點(diǎn)包括：

雙重照明和檢測(cè)：系統(tǒng)采用兩個(gè)相對(duì)的照明鏡頭和兩個(gè)檢測(cè)鏡頭，從不同方向捕捉圖像。這種配置能夠弱化偽影，特別適用于厚大標(biāo)本的高質(zhì)量成像。

開(kāi)放式設(shè)計(jì)：這種設(shè)計(jì)允許從頂部輕松接觸樣本，便于在成像過(guò)程中進(jìn)行樣本操作和添加試劑。

多孔安裝系統(tǒng)：多孔樣本支架使得多樣本的高通量成像成為可能，這對(duì)于需要并行處理和比較的實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。

相較傳統(tǒng)顯微鏡的優(yōu)勢(shì)

高通量和低光毒性

光片顯微鏡通過(guò)薄光片照明樣本，固有地減少了光毒性，這對(duì)于長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)成像至關(guān)重要。雙視角設(shè)置在保持低光曝光的同時(shí)進(jìn)一步提升了圖像質(zhì)量。多孔系統(tǒng)允許同時(shí)成像多個(gè)樣本，與傳統(tǒng)顯微鏡方法相比顯著提高了通量。

詳細(xì)的單細(xì)胞分析

顯微鏡的高分辨率和雙視角功能使得在大而厚的樣本中進(jìn)行詳細(xì)的單細(xì)胞分析成為可能。這一特性對(duì)研究異質(zhì)生物過(guò)程尤其有價(jià)值，因?yàn)樾枰陂L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)觀察細(xì)胞行為和相互作用。

靈活性和定制化

開(kāi)放式設(shè)計(jì)的樣本支架提供了處理不同類型樣本和實(shí)驗(yàn)設(shè)置的靈活性。這種適應(yīng)性使顯微鏡適用于從類器官研究到發(fā)育生物學(xué)和癌癥研究的廣泛生物學(xué)研究。

開(kāi)放式多樣本雙視角光片顯微鏡代表了實(shí)時(shí)成像技術(shù)的重大進(jìn)展。結(jié)合激光消融或光遺傳刺激技術(shù)可以在成像過(guò)程中操縱樣本。此外，該系統(tǒng)處理光學(xué)透明標(biāo)本的能力可能擴(kuò)展其在深層組織成像中的應(yīng)用。

開(kāi)放式多樣本雙視角光片顯微鏡的開(kāi)發(fā)和成功應(yīng)用標(biāo)志著生物成像領(lǐng)域的關(guān)鍵一步。通過(guò)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提供大型多細(xì)胞系統(tǒng)的高分辨率三維圖像，這一技術(shù)為理解細(xì)胞水平上的復(fù)雜生物過(guò)程開(kāi)辟了新的途徑。

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