常規(guī)的組織學(xué)檢查通常使用冷凍或石蠟包埋的樣本切片，微米級(jí)別厚度的組織切片允許對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記及表征，但卻無法探知生物樣本的三維特性。切片分析只對(duì)病理樣本的局部進(jìn)行了探測(cè)研究，整個(gè)病理組織中，有相當(dāng)大部分的信息仍未被探索。隨著組織透明化技術(shù)的發(fā)展與光片顯微鏡的誕生，我們終于可以對(duì)完整樣本進(jìn)行完整的成像表征。最近發(fā)表在Nature Reviews Cancer的一篇綜述中[1]總結(jié)了組織透明化、成像技術(shù)及3D成像的新應(yīng)用等。

組織透明化方法在近十年內(nèi)迅速發(fā)展，各種化合物的聯(lián)合使用已被廣泛用于減少光散射和光吸收，并增加光學(xué)顯微鏡在成像中的成像深度。雖然組織透明化最初由神經(jīng)科學(xué)家用于描繪小鼠中shu和外周的神經(jīng)系統(tǒng)，而近幾年的研究表明，對(duì)于組織的三維成像也可助力發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)和腫瘤機(jī)理等多種學(xué)科。例如腫瘤研究中，三維熒光成像已被用于評(píng)估腫瘤遷移性、腫瘤組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞異質(zhì)性、表征腫瘤微環(huán)境和評(píng)估腫瘤模型的ZL反應(yīng)等。

作者首先對(duì)各種透明化方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較與介紹，腫瘤因其異質(zhì)性及致密的結(jié)構(gòu)首先需選擇適當(dāng)?shù)耐该骰绞?。接下來，作者介紹了3D成像在腫瘤研究中的應(yīng)用：
1.成像并定量：2D成像無法避免因切片帶來的數(shù)據(jù)缺失，3D成像則可以很直接的進(jìn)行數(shù)據(jù)定量[2]；

2.腫瘤結(jié)構(gòu)：3D成像有助于從細(xì)胞轉(zhuǎn)化、細(xì)胞骨架等腫瘤模型中進(jìn)行發(fā)生、發(fā)展分析[3]；

3.脈管系統(tǒng)：脈管系統(tǒng)與腫瘤進(jìn)展及侵襲性相關(guān)，3D成像有助于評(píng)估抗血管生成的ZL反應(yīng)[4]；

此外，對(duì)完整組織的3D成像也有助于對(duì)于腫瘤的轉(zhuǎn)移評(píng)估、深入探索腫瘤微環(huán)境；腫瘤侵襲、傳播與耐藥性相關(guān)的病理研究；3D組織病理學(xué)研究等。

 
參考文獻(xiàn)：[1] Almagro J, Messal HA, Zaw Thin M, van Rheenen J, Behrens A. Tissue clearing to examine tumour complexity in three dimensions. Nat Rev Cancer. 2021 Jul 30. doi: 10.1038/s41568-021-00382-w. Epub ahead of print. PMID: 34331034.[2] Wei M, Shi L, Shen Y, Zhao Z, Guzman A, Kaufman LJ, Wei L, Min W. Volumetric chemical imaging by clearing-enhanced stimulated Raman scattering microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Apr 2;116(14):6608-6617. doi: 10.1073/pnas.1813044116. Epub 2019 Mar 14. PMID: 30872474; PMCID: PMC6452712.[3] Messal HA, Alt S, Ferreira RMM, Gribben C, Wang VM, Cotoi CG, Salbreux G, Behrens A. Tissue curvature and apicobasal mechanical tension imbalance instruct cancer morphogenesis. Nature. 2019 Feb;566(7742):126-130. doi: 10.1038/s41586-019-0891-2. Epub 2019 Jan 30. PMID: 30700911; PMCID: PMC7025886.[4] Dobosz M, Ntziachristos V, Scheuer W, Strobel S. Multispectral fluorescence ultramicroscopy: three-dimensional visualization and automatic quantification of tumor morphology, drug penetration, and antiangiogenic treatment response. Neoplasia. 2014 Jan;16(1):1-13. doi: 10.1593/neo.131848. PMID: 24563615; PMCID: PMC3924547.

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3D組織成像廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。研究人員利用它來揭示組織組成和完整性的詳細(xì)信息，或從實(shí)驗(yàn)操作中得出結(jié)論，或比較健康與不健康的樣本。本文介紹了MICA如何幫助研究人員進(jìn)行3D組織成像。

3D組織成像

模式生物或患者的組織切片可用于分析從組織到細(xì)胞的各種形態(tài)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)健康和非健康樣本以及對(duì)照樣品和實(shí)驗(yàn)樣品之間的差異。例如，是否存在特定細(xì)胞或它們的形態(tài)（即形狀、體積、長(zhǎng)度、面積）都是有意義的參數(shù)。

熒光顯微鏡有助于識(shí)別特定標(biāo)記的細(xì)胞或細(xì)胞成分。因此，要么用轉(zhuǎn)熒光標(biāo)記基因生物，要么用免疫熒光染色。此外，某些基因和轉(zhuǎn)錄也可以通過熒光原位雜交 (Fluorescence in Situ Hybridization, FISH) 進(jìn)行可視化。

3D組織成像的一個(gè)示例是，對(duì)腦部神經(jīng)元進(jìn)行成像，以確定它們的長(zhǎng)度、體積或與其它細(xì)胞的連接。例如，可以對(duì)患有局部腦缺血的模式生物制作腦部切片，以了解形態(tài)差異和細(xì)胞數(shù)量。

挑戰(zhàn)

首要的挑戰(zhàn)之一是使用顯微鏡初步觀察樣本。需要將樣本置于載物臺(tái)上并不斷調(diào)整三維位置以確保對(duì)樣本進(jìn)行正確成像。你從目鏡或屏幕上看到的只是樣本極小的一部分。因此，要將樣本保持在正確的焦距內(nèi)并找到正確位置，以便找到感興趣的區(qū)域，是一個(gè)非常麻煩的過程。MICA的樣本查找功能通過將樣本聚焦并生成每個(gè)相關(guān)區(qū)域的低倍率預(yù)覽圖來自動(dòng)化這個(gè)過程，這個(gè)功能可以用于整個(gè)成像過程的定位。

下一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)置成像參數(shù)，因此可以在看到感興趣的信號(hào)下，避免樣本遭受不必要的光漂白。這一步驟通常要同時(shí)選擇激發(fā)和接受檢測(cè)的技術(shù)參數(shù)，因?yàn)槊恳豁?xiàng)參數(shù)都會(huì)對(duì)樣本和獲得的結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。使用MICA，您只需輕輕點(diǎn)擊一下“Live”，便可自動(dòng)完成可視化熒光所需的所有參數(shù)設(shè)置?？呻S時(shí)通過點(diǎn)擊“OneTouch”執(zhí)行這一自動(dòng)化設(shè)置來優(yōu)化當(dāng)前視圖的參數(shù)。更改顯微鏡的特定技術(shù)參數(shù)前，實(shí)驗(yàn)人員通常需要了解更改參數(shù)將產(chǎn)生的影響，但在MICA中，設(shè)置是輸出驅(qū)動(dòng)型的，也就是說，可定義所需的輸出，然后自動(dòng)完成對(duì)應(yīng)的調(diào)整。

一般而言，第一步是確定要成像的正確位置。實(shí)驗(yàn)人員需要使用目鏡了解樣本的整體概況，并記住不同的位置。數(shù)字顯微鏡可以生成樣本的概覽，這可以提供一些幫助，但實(shí)驗(yàn)人員仍然需要指出圖像中要進(jìn)一步成像的位置。MICA的Navigator工具可簡(jiǎn)化這一過程。用戶可以生成低倍或高倍的預(yù)覽，輕松定位感興趣的區(qū)域，并可以使用工具直接在圖像上標(biāo)記出感興趣的樣本區(qū)域。這樣后續(xù)高分辨率圖片就可以保存下來。

高放大倍數(shù)物鏡通常需要使用浸沒式介質(zhì)，最常見的是水和油。水為水溶液中的成像樣品匹配了最佳的光學(xué)指數(shù)，而油為包埋的成像樣品匹配了最佳的光學(xué)指數(shù)。水浸物鏡也可用于固定式樣本，但會(huì)稍微影響成像質(zhì)量。MICA可同時(shí)滿足兩種需求。水鏡還具有全自動(dòng)化操作的額外優(yōu)勢(shì)，水的浸入可以自動(dòng)建立并維持。為進(jìn)一步提高光學(xué)質(zhì)量，一些物鏡會(huì)通過校正環(huán)來補(bǔ)償樣本板的厚度。校正環(huán)可手動(dòng)、也可自動(dòng)操作。MICA配置了自動(dòng)校正環(huán)功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化。

相對(duì)厚度是組織切片成像的另一大挑戰(zhàn)。厚切片會(huì)形成較多的散射光，干擾所需信號(hào)。THUNDER可減少背景模糊，為組織成像提供了一種寶貴的計(jì)算成像方法。 MICA集THUNDER于一體，可在合理的時(shí)間范圍內(nèi)確定感興趣的區(qū)域，

除了類似于THUNDER的計(jì)算清除方法，共聚焦激光掃描顯微術(shù)(CLSM)等光學(xué)部分也是3D組織玻片成像的一種方法。這種方法中，可獲得性和可用性方面也是挑戰(zhàn)。

除了技術(shù)設(shè)置比較復(fù)雜，共聚焦顯微鏡所需的培訓(xùn)時(shí)間一般也更長(zhǎng)。MICA集共聚焦和寬場(chǎng)成像于一體，最大程度減少了成像參數(shù)設(shè)置，縮短了所需的培訓(xùn)時(shí)間，同時(shí)也降低了操作顯微鏡的技能要求。

另外，共聚焦和寬場(chǎng)成像模式的圖像設(shè)置有相同的外觀和使用感受，因此，用戶無需學(xué)習(xí)兩種系統(tǒng)的操作方法。而且，用戶可隨意在寬場(chǎng)和共聚焦兩種模式間切換而無需在兩種成像系統(tǒng)間轉(zhuǎn)移樣本。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵方面是，改變盡可能少的變量，以確定對(duì)樣本和結(jié)果的任何影響。除了保證樣本處理相同外，另一個(gè)方面是針對(duì)激發(fā)和接收檢測(cè)成像參數(shù)相同。MICA默認(rèn)在不同項(xiàng)目中保持成像參數(shù)不變，用戶僅基于自己的需求進(jìn)行調(diào)整?？筛鶕?jù)參考圖像輕松恢復(fù)成像參數(shù)。

方法

三個(gè)厚度為250μm的小鼠腦部切片包含下述熒光標(biāo)記物：

· 細(xì)胞核（DAPI，品紅色）

· 神經(jīng)元（細(xì)胞質(zhì)GFP，青色）

· 星形膠質(zhì)細(xì)胞（GFAP-DsRed，紅色）

將切片固定于載玻片支架中（圖1）并置于載物臺(tái)上進(jìn)行成像。

圖2： MICA在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)進(jìn)行完整的玻片預(yù)覽（寬場(chǎng)），便于更輕松地定位。

借助該信息的信息，可找到大圖掃描拼接的感興趣區(qū)域?？墒褂肕agic Wand工具自動(dòng)化檢測(cè)感興趣區(qū)域。

MICA可同時(shí)采集最多四個(gè)熒光團(tuán)，因此相比基于濾光塊的序列成像的顯微系統(tǒng)，可有效節(jié)約用戶的時(shí)間。在單次掃描拼接中，可找到感興趣區(qū)域，并在共聚焦模式下以更高的放大倍數(shù)觀察更多的細(xì)節(jié)。

二維圖像需要借助三維數(shù)據(jù)以獲得更詳細(xì)的信息。為此，z界面中定義了三維立體模式。

在CLSM下進(jìn)行立體采集后（120μm厚），可在三維觀察器中可視化數(shù)據(jù)，獲得腦部樣本的更多空間信息。

 圖3：三維重構(gòu)CLSM。

通過三維采集進(jìn)一步研究組織切片。利用獲得的三維信息，用戶可以更好地了解樣本的空間狀況，例如了解細(xì)胞間的連接。

對(duì)于定量來說，可根據(jù)三維采集信息生成最大投影來測(cè)量樣本樹突棘的平均面積。pixel classifier識(shí)別棘突，分析工具則確定面積。得到的數(shù)值可繪制成圖，以可視化數(shù)據(jù)和相關(guān)性。圖4顯示了樹突棘面積的直方圖。這些結(jié)果也可通過箱線圖的形式顯示，來比較不同的樹突棘群落（圖4）。

圖4：分析。

MICA不僅采集圖像，還可對(duì)它們進(jìn)行分析。為此，可使用基于人工智能技術(shù)的pixel classifier來識(shí)別相關(guān)的圖像細(xì)節(jié)。隨后，識(shí)別出的對(duì)象可以被量化并顯示在圖形中。在本示例中，樹突棘的平均面積在最大投影上測(cè)量。

結(jié)論

MICA是用于三維組織成像的有效工具：使用pixel classifier功能，用戶可以快速了解樣本的整體質(zhì)量，確定進(jìn)一步的操作。隨后，Navigator視圖可對(duì)組織切片進(jìn)行更深入的觀察。Magic Wand等工具用于快速定義感興趣的區(qū)域，加上4個(gè)通道的同時(shí)成像，可加快大圖掃描拼接的速度。使用新的z界面使三維采集更加簡(jiǎn)化，pixel classifier能輔助后續(xù)分析。

簡(jiǎn)而言之，MICA集寬場(chǎng)成像和共聚焦成像于一個(gè)系統(tǒng)中。它可以幫助用戶在一個(gè)系統(tǒng)中完成從圖像預(yù)覽到三維細(xì)節(jié)成像再到分析的整個(gè)工作流程。

全場(chǎng)景顯微成像分析平臺(tái)MICA集3D采集和AI定量于一體。

3D組織成像廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。研究人員利用它來揭示組織組成和完整性的詳細(xì)信息，或從實(shí)驗(yàn)操作中得出結(jié)論，或比較健康與不健康的樣本。本文介紹了MICA如何幫助研究人員進(jìn)行3D組織成像。

3D組織成像

模式生物或患者的組織切片可用于分析從組織到細(xì)胞的各種形態(tài)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)健康和非健康樣本以及對(duì)照樣品和實(shí)驗(yàn)樣品之間的差異。例如，是否存在特定細(xì)胞或它們的形態(tài)（即形狀、體積、長(zhǎng)度、面積）都是有意義的參數(shù)。

熒光顯微鏡有助于識(shí)別特定標(biāo)記的細(xì)胞或細(xì)胞組分。因此，要么用轉(zhuǎn)熒光標(biāo)記基因生物，要么用免疫熒光染色。此外，某些基因和轉(zhuǎn)錄也可以通過熒光原位雜交 (Fluorescence in Situ Hybridization, FISH) 進(jìn)行可視化。

3D組織成像的一個(gè)示例是，對(duì)腦部神經(jīng)元進(jìn)行成像，以確定它們的長(zhǎng)度、體積或與其它細(xì)胞的連接。例如，可以對(duì)患有局部腦缺血的模式生物制作腦部切片，以了解形態(tài)差異和細(xì)胞數(shù)量。

挑 戰(zhàn)

首要的挑戰(zhàn)之一是使用顯微鏡初步觀察樣本。需要將樣本置于載物臺(tái)上并不斷調(diào)整三維位置以確保對(duì)樣本進(jìn)行正確成像。你從目鏡或屏幕上看到的只是樣本極小的一部分。因此，要將樣本保持在正確的焦距內(nèi)并找到正確位置，以便找到感興趣的區(qū)域，是一個(gè)非常麻煩的過程。MICA的樣本查找功能通過將樣本聚焦并生成每個(gè)相關(guān)區(qū)域的低倍率預(yù)覽圖來自動(dòng)化這個(gè)過程，這個(gè)功能可以用于整個(gè)成像過程的定位。

下一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)置成像參數(shù)，因此可以在看到感興趣的信號(hào)下，避免樣本遭受不必要的光漂白。這一步驟通常要同時(shí)選擇激發(fā)和接受檢測(cè)的技術(shù)參數(shù)，因?yàn)槊恳豁?xiàng)參數(shù)都會(huì)對(duì)樣本和獲得的結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。使用MICA，您只需輕輕點(diǎn)擊一下“Live”，便可自動(dòng)完成可視化熒光所需的所有參數(shù)設(shè)置?？呻S時(shí)通過點(diǎn)擊“OneTouch”執(zhí)行這一自動(dòng)化設(shè)置來優(yōu)化當(dāng)前視圖的參數(shù)。更改顯微鏡的特定技術(shù)參數(shù)前，實(shí)驗(yàn)人員通常需要了解更改參數(shù)將產(chǎn)生的影響，但在MICA中，設(shè)置是輸出驅(qū)動(dòng)型的，也就是說，可定義所需的輸出，然后自動(dòng)完成對(duì)應(yīng)的調(diào)整。

一般而言，第 一步是確定要成像的正確位置。實(shí)驗(yàn)人員需要使用目鏡了解樣本的整體概況，并記住不同的位置。數(shù)字顯微鏡可以生成樣本的概覽，這可以提供一些幫助，但實(shí)驗(yàn)人員仍然需要指出圖像中要進(jìn)一步成像的位置。MICA的Navigator工具可簡(jiǎn)化這一過程。用戶可以生成低倍或高倍的預(yù)覽，輕松定位感興趣的區(qū)域，并可以使用工具直接在圖像上標(biāo)記出感興趣的樣本區(qū)域。這樣后續(xù)高分辨率圖片就可以保存下來。

高放大倍數(shù)物鏡通常需要使用浸沒式介質(zhì)，最 常見的是水和油。水為水溶液中的成像樣品匹配了最 佳的光學(xué)指數(shù)，而油為包埋的成像樣品匹配了最 佳的光學(xué)指數(shù)。水浸物鏡也可用于固定式樣本，但會(huì)稍微影響成像質(zhì)量。MICA可同時(shí)滿足兩種需求。水鏡還具有全自動(dòng)化操作的額外優(yōu)勢(shì)，水的浸入可以自動(dòng)建立并維持。為進(jìn)一步提高光學(xué)質(zhì)量，一些物鏡會(huì)通過校正環(huán)來補(bǔ)償樣本板的厚度。校正環(huán)可手動(dòng)、也可自動(dòng)操作。MICA配置了自動(dòng)校正環(huán)功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化。

相對(duì)厚度是組織切片成像的另一大挑戰(zhàn)。厚切片會(huì)形成較多的散射光，干擾所需信號(hào)。THUNDER可減少背景模糊，為組織成像提供了一種寶貴的計(jì)算成像方法。 MICA集THUNDER于一體，可在合理的時(shí)間范圍內(nèi)確定感興趣的區(qū)域。

除了類似于THUNDER的計(jì)算清除方法，共聚焦激光掃描顯微術(shù)(CLSM)等光學(xué)部分也是3D組織玻片成像的一種方法。這種方法中，可獲得性和可用性方面也是挑戰(zhàn)。

除了技術(shù)設(shè)置比較復(fù)雜，共聚焦顯微鏡所需的培訓(xùn)時(shí)間一般也更長(zhǎng)。MICA集共聚焦和寬場(chǎng)成像于一體，最 大程度減少了成像參數(shù)設(shè)置，縮短了所需的培訓(xùn)時(shí)間，同時(shí)也降低了操作顯微鏡的技能要求。

另外，共聚焦和寬場(chǎng)成像模式的圖像設(shè)置有相同的外觀和使用感受，因此，用戶無需學(xué)習(xí)兩種系統(tǒng)的操作方法。而且，用戶可隨意在寬場(chǎng)和共聚焦兩種模式間切換而無需在兩種成像系統(tǒng)間轉(zhuǎn)移樣本。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵方面是，改變盡可能少的變量，以確定對(duì)樣本和結(jié)果的任何影響。除了保證樣本處理相同外，另一個(gè)方面是針對(duì)激發(fā)和接收檢測(cè)成像參數(shù)相同。MICA默認(rèn)在不同項(xiàng)目中保持成像參數(shù)不變，用戶僅基于自己的需求進(jìn)行調(diào)整?？筛鶕?jù)參考圖像輕松恢復(fù)成像參數(shù)。

方法

三個(gè)厚度為250μm的小鼠腦部切片包含下述熒光標(biāo)記物：

• 細(xì)胞核（DAPI，品紅色）

• 神經(jīng)元（細(xì)胞質(zhì)GFP，青色）

• 星形膠質(zhì)細(xì)胞（GFAP-DsRed，紅色）

將切片固定于載玻片支架中（圖1）并置于載物臺(tái)上進(jìn)行成像。

圖1：用于玻片成像的MICA玻片夾，例如組織切片。

在樣本定義中輸入蓋玻片類型和染料等基本信息。利用這一信息，Sample Finder可以識(shí)別蓋玻片并自動(dòng)生成低倍的預(yù)覽。對(duì)整個(gè)蓋玻片的預(yù)覽可以用來識(shí)別三個(gè)組織切片，然后用Navigator工具進(jìn)行標(biāo)記。隨后無需手動(dòng)調(diào)整成像參數(shù)，便可以在20倍寬場(chǎng)模式下對(duì)標(biāo)記區(qū)域生成掃描拼接圖像。在這個(gè)放大倍數(shù)和分辨率下，就能在組織切片上識(shí)別出感興趣的區(qū)域，然后用共聚焦顯微鏡成像。此時(shí)，MICA會(huì)在相關(guān)區(qū)域切換為共聚焦模式，記錄高清晰圖像，包括三維立體圖像。定義三維立體圖像時(shí)，可以手動(dòng)或單擊鼠標(biāo)自動(dòng)設(shè)置限制。z Range Finder工具自動(dòng)確定3D圖像掃描開始和結(jié)束部分。

成像后，可借助MICA Learn & Results工具測(cè)量樹突棘。為此，使用pixel classifier在疊層投影下識(shí)別棘突。pixel classifier簡(jiǎn)單易用且功能強(qiáng)大，用戶只需使用類似于繪畫工具的繪圖工具標(biāo)記對(duì)象的示例，在這種情況下為棘突。通過訓(xùn)練模型，更好地再現(xiàn)輸入，然后提供圖像中其他對(duì)象的預(yù)覽。經(jīng)過訓(xùn)練后，就可使用模型分析圖像。 

結(jié)果

找到載玻片預(yù)覽上單個(gè)腦部切片，然后使用Magic Wand工具進(jìn)行標(biāo)記以進(jìn)行掃描拼接。Magic Wand自動(dòng)識(shí)別組織切片的邊界并相應(yīng)地定義所需的拼接。

圖2：MICA在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)進(jìn)行完整的玻片預(yù)覽（寬場(chǎng)），便于更輕松地定位。借助該信息的信息，可找到大圖掃描拼接的感興趣區(qū)域?？墒褂肕agic Wand工具自動(dòng)化檢測(cè)感興趣區(qū)域。

MICA可同時(shí)采集最 多四個(gè)熒光團(tuán)，因此相比基于濾光塊的序列成像的顯微系統(tǒng)，可有效節(jié)約用戶的時(shí)間。在單次掃描拼接中，可找到感興趣區(qū)域，并在共聚焦模式下以更高的放大倍數(shù)觀察更多的細(xì)節(jié)。

二維圖像需要借助三維數(shù)據(jù)以獲得更詳細(xì)的信息。為此，z界面中定義了三維立體模式。

在CLSM下進(jìn)行立體采集后（120μm厚），可在三維觀察器中可視化數(shù)據(jù)，獲得腦部樣本的更多空間信息。

圖3：三維重構(gòu)CLSM。通過三維采集進(jìn)一步研究組織切片。利用獲得的三維信息，用戶可以更好地了解樣本的空間狀況，例如了解細(xì)胞間的連接。

對(duì)于定量來說，可根據(jù)三維采集信息生成最 大投影來測(cè)量樣本樹突棘的平均面積。pixel classifier識(shí)別棘突，分析工具則確定面積。得到的數(shù)值可繪制成圖，以可視化數(shù)據(jù)和相關(guān)性。圖4顯示了樹突棘面積的直方圖。這些結(jié)果也可通過箱線圖的形式顯示，來比較不同的樹突棘群落（圖4）。

圖4：分析。MICA不僅采集圖像，還可對(duì)它們進(jìn)行分析。

為此，可使用基于人工智能技術(shù)的pixel classifier來識(shí)別相關(guān)的圖像細(xì)節(jié)。隨后，識(shí)別出的對(duì)象可以被量化并顯示在圖形中。在本示例中，樹突棘的平均面積在最 大投影上測(cè)量。

結(jié)論

MICA是用于三維組織成像的有效工具：使用pixel classifier功能，用戶可以快速了解樣本的整體質(zhì)量，確定進(jìn)一步的操作。隨后，Navigator視圖可對(duì)組織切片進(jìn)行更深入的觀察。Magic Wand等工具用于快速定義感興趣的區(qū)域，加上4個(gè)通道的同時(shí)成像，可加快大圖掃描拼接的速度。使用新的z界面使三維采集更加簡(jiǎn)化，pixel classifier能輔助后續(xù)分析。

簡(jiǎn)而言之，MICA集寬場(chǎng)成像和共聚焦成像于一個(gè)系統(tǒng)中。它可以幫助用戶在一個(gè)系統(tǒng)中完成從圖像預(yù)覽到三維細(xì)節(jié)成像再到分析的整個(gè)工作流程。

參考資料：

Efficient Long-term Time-lapse Microscopy, Science Lab (2022) Leica Microsystems.

什么是造影劑

      核磁共振成像（MRI)目前普遍應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)成像中，具有無輻射損傷的安全性，可任意方位斷層掃描等技術(shù)靈活性，加以涵蓋質(zhì)子密度、弛豫、加權(quán)成像以及多參數(shù)特征的優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)代臨床診斷中Z有力的檢測(cè)手段之一，然而臨床發(fā)現(xiàn)某些不同組織或腫瘤組織的弛豫時(shí)間相互重疊,導(dǎo)致診斷困難。因此人們開始研究造影劑，增強(qiáng)信號(hào)對(duì)比度、提高圖像分辨率。其作用主要是通過注射造影劑來改變組織局部弛豫特性，提高成像對(duì)比度，從而提高診斷的準(zhǔn)確性。

      造影劑是一類化學(xué)合成的其密度高于活體組織的物質(zhì)，造影劑本身不產(chǎn)生信號(hào)，通過改變體內(nèi)局部組織中水質(zhì)子的弛豫效率，與周圍組織形 成對(duì)比，從而達(dá)到造影目的。

造影劑的原理

      帶有磁性的物質(zhì)如Fe、Mn、Gd等，具有多個(gè)不成對(duì)的電子，當(dāng)這些物質(zhì)接近共振中的氫原子時(shí)，能有效地改變質(zhì)子所處的磁場(chǎng)，造成T1和T2弛豫時(shí)間明顯縮短。造影劑能改變體內(nèi)局部組織中水質(zhì)子的弛豫速率，提高正常與患病部位的成像對(duì)比度和分辨率，為病變定位和診斷提供更多的信息（圖1和圖2所示）。

      MRI造影劑又為順磁性或超順磁性物質(zhì)，能同氫核發(fā)生磁性的相互作用，他們進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，將引起縱向弛豫速率（1/T1)和橫向弛豫速率（1/T2)的改變，在順磁物質(zhì)的作用下，其抗磁和順磁貢獻(xiàn)具有加和性，即：

(1/Ti)觀察=(1/Ti)抗磁+(1/Ti)順磁 , (其中i=1,2)

在不存在溶質(zhì)之間相互作用的情況下，溶劑的弛豫速率與所加的順磁物質(zhì)的濃度（mol/L)成線性關(guān)系，即：

(1/Ti)觀測(cè)=(1/Ti)抗磁+求和ri[C] , (其中i=1,2)

其中ri為順磁物質(zhì)的弛豫效率（Relaxivity，單位mmol/L·s），求和是針對(duì)溶液中造影劑的種類而言，T1類型造影劑，如Gd類配合物，成像時(shí)相關(guān)部位變亮，又稱為陽性造影劑；T2類型造影劑，如基于Fe3O4離子的超順磁性造影劑，成像時(shí)相關(guān)部位變暗，又稱為陰性造影劑。

造影劑的應(yīng)用：

弛豫效率是MRI造影劑關(guān)鍵指標(biāo)之一。弛豫效率高的樣品，可以使用Z少的量達(dá)到Z好的效果；在造影劑研究領(lǐng)域，紐邁專門開發(fā)了小型的核磁共振成像分析儀，可測(cè)試方便的測(cè)試造影劑T1、T2弛豫時(shí)間，并可對(duì)試管樣品進(jìn)行成像，提供定量和定性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，為造影劑產(chǎn)品的研發(fā)與改進(jìn)提供快速可靠的檢測(cè)手段。

造影劑在體內(nèi)的作用評(píng)價(jià)：

造影劑在腎臟中的代謝過程監(jiān)測(cè)，該造影劑在小鼠體內(nèi)腎臟部位代謝時(shí)間超過250min,且作用頂峰時(shí)間約在注入后130min。 

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，低場(chǎng)核磁共振可為您提供以下科研方案

1)造影劑研究：弛豫率 效能評(píng)價(jià) 體內(nèi)代謝評(píng)價(jià)；

2)體表腫瘤研究：造影材料作用 藥物靶向 腫瘤藥效評(píng)估;

3)原位腫瘤研究：位置排查 轉(zhuǎn)移判斷 尺寸測(cè)試；

4)清醒動(dòng)物體成分分析：瘦肉 脂肪 自由水含量 脂肪分布；

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

本文展示了如何使用THUNDER Imager Tissue和Large Volume Computational Clearing（LVCC）實(shí)現(xiàn)尤文（尤因）肉瘤細(xì)胞中有絲分裂紡錘體的更多細(xì)節(jié)觀察，從而協(xié)助本研究的進(jìn)行?；罴?xì)胞成像等技術(shù)在了解腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移研究中至關(guān)重要。真核細(xì)胞中的有絲分裂紡錘體由中空的微管組成。它在有絲分裂期間的細(xì)胞內(nèi)重復(fù)染色體分離和分裂細(xì)胞細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程中發(fā)揮著重要的作用。在尤文肉瘤這一類的腫瘤細(xì)胞中，有絲分裂障礙的觸發(fā)因子可通過檢查有絲分裂紡錘體的機(jī)能障礙來得以確認(rèn)。

簡(jiǎn)介

使用熒光顯微鏡可以研究腫瘤形成和進(jìn)展過程中組織及細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的變化。像活細(xì)胞成像這樣的技術(shù)對(duì)更加深入地了解腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移是至關(guān)重要的。

在真核細(xì)胞中，由中空微管組成的有絲分裂紡錘體，有助于構(gòu)建復(fù)制細(xì)胞的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，并在有絲分裂過程中將復(fù)制的染色體從原始細(xì)胞中分離出來。在尤文肉瘤這一類的腫瘤細(xì)胞中，有絲分裂障礙的觸發(fā)因子可通過檢查有絲分裂紡錘體的機(jī)能障礙來得以確認(rèn)[1]。

肉瘤是肌肉或骨骼等結(jié)締組織中形成的一類腫瘤。尤文肉瘤和橫紋肌肉瘤，分別生長(zhǎng)于骨骼和肌肉中，是一種傾向于發(fā)生在骨骼生長(zhǎng)活躍區(qū)域附近的兒科腫瘤。除了手術(shù)和化療之外，電離輻射也被用于治療這類腫瘤，但這可能會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)中的骨骼受到永jiu性損傷，包括不對(duì)稱生長(zhǎng)停滯、脛骨畸形及骨折概率增加等。骨骼損傷的嚴(yán)重度在很大程度上與骨骼接受的輻射劑量成正比。因此，我們有理由認(rèn)為，選擇性放射致敏腫瘤組織的策略可降低實(shí)現(xiàn)局部控制所需的輻射劑量，并能最大限度降低對(duì)鄰近健康組織造成的間接損傷。

運(yùn)用體外研究和小鼠異種移植模型系統(tǒng)，對(duì)使用mRNA合成抑zhi劑光神霉素A預(yù)處理，可以通過改變輻射損傷的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)實(shí)現(xiàn)選擇性放射致敏EWS：Fli1+腫瘤細(xì)胞的假設(shè)進(jìn)行了驗(yàn)證[2]。結(jié)果表明，光神霉素A可以通過抑zhi參與DNA損傷修復(fù)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，使EWS：Fli1+細(xì)胞在體內(nèi)外顯著放射增敏，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞程序性死亡[2]。

使用THUNDER Imager Tissue和Large Volume Computational Clearing（LVCC）可以揭示肉瘤細(xì)胞中有絲分裂紡錘體的更多細(xì)節(jié)，協(xié)助癌癥研究人員獲得更有用的見解。

挑戰(zhàn)

在有絲分裂紡錘體成像中，可對(duì)其實(shí)現(xiàn)快速成像，并獲得清晰的高對(duì)比度3D成像，以清晰展示重要細(xì)節(jié)的解決方案最為實(shí)用。傳統(tǒng)的寬場(chǎng)顯微成像速度快，檢測(cè)靈敏度高，但不幸的是對(duì)于厚樣本的成像通常會(huì)出現(xiàn)失焦不清晰或模糊的情況，這會(huì)降低對(duì)比度[3]。要闡明有絲分裂的不穩(wěn)定性在癌癥等復(fù)雜疾病中的作用，這需要在同一樣本中進(jìn)行多個(gè)關(guān)聯(lián)生物學(xué)標(biāo)記。

方法

該研究中使用了尤文肉瘤細(xì)胞（SK-ES-1）。對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行α-微管蛋白（Clone YL1/2 Thermo-Fisher Scientific # MA1-80017，按1:500比例稀釋/ Dylight 488偶聯(lián)驢抗大鼠 Thermo-Fisher Scientific #SA5-10026）、γ-微管蛋白（Clone TU-30，AbCam # ab27074，按1:200比例稀釋/Dylight 550偶聯(lián)驢抗小鼠 Thermo-Fisher Scientific # SA5-10167）和DNA（Hoechst 33342藍(lán)）進(jìn)行染色。染色后，使用介質(zhì)ProLong Glass Antifade（Thermo-Fisher Scientific #P36981）進(jìn)行蓋玻片封片，并通過使用63×/1.4 NA（數(shù)值孔徑）的油鏡進(jìn)行THUNDER Imager Tissue成像。圖像采集使用大體積成像解析（LVCC）[3]模式，并生成最大化投影圖像數(shù)據(jù)。

結(jié)果

在有絲分裂過程中，α-微管蛋白（綠色）形成有絲分裂紡錘體，染色單體（藍(lán)色）會(huì)附著在有絲分裂紡錘體上，而γ-微管蛋白（紅色）集中定位在分裂細(xì)胞中的紡錘極上。通過THUNDER技術(shù)可觀察到肉瘤細(xì)胞中有絲分裂紡錘體的更多細(xì)節(jié)。清晰的圖像可以展示清晰的結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行分割和進(jìn)一步的分析。

圖1：尤文肉瘤細(xì)胞SK-ES-1 α-微管蛋白（綠色）、γ-微管蛋白（紅色）和DNA（藍(lán)色）染色后的最大化投影：原始圖像數(shù)據(jù)（左）和THUNDER LVCC模式成像數(shù)據(jù)（右）。

 結(jié) 論 

THUNDER Large Volume Computational Clearing（LVCC）[3]進(jìn)行尤文肉瘤細(xì)胞中的有絲分裂紡錘體成像時(shí)可顯著增強(qiáng)對(duì)比度。與傳統(tǒng)的寬場(chǎng)成像相比，其可展示細(xì)胞中有絲分裂紡錘體的更多細(xì)節(jié)。

References：

1.S. Rello-Varona, D. Herrero-Martín, L. Lagares-Tena, R. López-Alemany, N. Mulet-Margalef, J. Huertas-Martínez, S. Garcia-Monclús, X. García del Muro, C. Mu?oz-Pinedo, O. Martínez Tirado, The importance of being dead: cell death mechanisms assessment in anti-sarcoma therapy, Frontiers in Oncology (2015) vol. 5, p. 82, DOI: 10.3389/fonc.2015.00082.

2.M. Yun Lin, T.A. Damron, M.E. Oest, J.A. Horton, Mithramycin A Radiosensitizes EWS:Fli1+ Ewing Sarcoma Cells by Inhibiting Double Strand Break Repair, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. (2021) vol. 109, iss. 5, pp. 1454-1471, DOI: 10.1016/j.ijrobp.2020.12.010.

3.J. Schumacher, L. Bertrand, THUNDER Technology Note : THUNDER Imagers: How Do They Really Work? Science Lab (2019) Leica Microsystems.

相關(guān)產(chǎn)品

THUNDER Imager Tissue全景組織顯微成像系統(tǒng)

微透鏡

(a) 為微透鏡的大視野3D圖像，通過hitachi MAP 3D 將多張3D 圖像拼接而成。

(b) 為（a）中紅框部分的形貌像。通過顏色標(biāo)尺很容易確定高度信息。

(c)(d)是提取的圖.1(b)中劃線區(qū)域的結(jié)果，可以獲得每個(gè)透鏡（箭頭 0-1, 2-3）的水平距離、垂直高度以及頂部和底部的角度。

所以，使用Hitachi Map 3D可以獲得大視野3D圖像和截面輪廓信息。

(a)拼接后的3D圖像(x2k), (b)紅框內(nèi)的形貌圖

（c）(b)中劃線區(qū)域的截面

觀察機(jī)型：FlexSEM1000 

觀察條件：5 kV, 2000倍, 30Pa 軟件：Hitachi Map 3D

Material

【大視野3D觀察】

FlexSEM1000