類器官厚樣本的深層成像

2024-07-18

引言

大型多細胞系統(tǒng)的實時成像是現代生物學研究中的一個具有挑戰(zhàn)性但至關重要的方面。傳統(tǒng)顯微鏡技術在提供高分辨率的三維圖像方面往往有所不足，尤其是對于需要最小光毒性的深層樣本。開發(fā)開放式多樣本雙視角光片顯微鏡在這一領域取得了顯著進展。本文探討了這一創(chuàng)新顯微鏡系統(tǒng)的功能和測試應用。

腸類器官

利用光片顯微鏡對模擬腸道上皮的復雜結構——腸類器官進行成像，追蹤細胞動態(tài)和分化過程。顯微鏡詳細展示了數天內的隱窩和絨毛形成，為細胞周期動態(tài)和類器官內不同細胞類型成熟提供洞見。

圖 g. 表達Fucci2報告基因（hGem-mVenus和hCdt1-mCherry）的類器官在獲取過程中沿z軸的最大強度投影圖（MIPs），展示了三個時間點。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1、檢測2及融合數據的類器官在xz平面的橫截面圖。比例尺，50 μm。

小鼠肝類器官

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

圖 k. 表達mg-GFP和H2B-mCherry的肝類器官在時間推移過程中沿z軸的最大投影圖，展示了三個時間點。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和無膜信號的區(qū)域。比例尺，50 μm。

水螅

對水螅再生過程的監(jiān)測歷時2.5天。顯微鏡提供了優(yōu)秀的時間分辨率，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構的發(fā)展。

圖 i. 表達外胚層報告基因（ecto [β-act::RFP]）的水螅在時間推移過程中沿z軸的最大投影圖，展示了三個時間點。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1、檢測2或融合數據的水螅在圖 i 中顯示的xz平面的橫截面圖。比例尺，50 μm。

開放式多樣本雙視角光片顯微鏡

設計和特點

開放式多樣本雙視角光片顯微鏡結合了雙重照明和雙重檢測鏡頭，以實現多角度的高分辨率成像。其主要特點包括：

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

開放式設計：這種設計允許從頂部輕松接觸樣本，便于在成像過程中進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，這對于需要并行處理和比較的實驗至關重要。

相較傳統(tǒng)顯微鏡的優(yōu)勢

高通量和低光毒性

光片顯微鏡通過薄光片照明樣本，固有地減少了光毒性，這對于長期的實時成像至關重要。雙視角設置在保持低光曝光的同時進一步提升了圖像質量。多孔系統(tǒng)允許同時成像多個樣本，與傳統(tǒng)顯微鏡方法相比顯著提高了通量。

詳細的單細胞分析

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行詳細的單細胞分析成為可能。這一特性對研究異質生物過程尤其有價值，因為需要在長時間內觀察細胞行為和相互作用。

靈活性和定制化

開放式設計的樣本支架提供了處理不同類型樣本和實驗設置的靈活性。這種適應性使顯微鏡適用于從類器官研究到發(fā)育生物學和癌癥研究的廣泛生物學研究。

開放式多樣本雙視角光片顯微鏡代表了實時成像技術的重大進展。結合激光消融或光遺傳刺激技術可以在成像過程中操縱樣本。此外，該系統(tǒng)處理光學透明標本的能力可能擴展其在深層組織成像中的應用。

開放式多樣本雙視角光片顯微鏡的開發(fā)和成功應用標志著生物成像領域的關鍵一步。通過在長時間內提供大型多細胞系統(tǒng)的高分辨率三維圖像，這一技術為理解細胞水平上的復雜生物過程開辟了新的途徑。

閱讀原文：

Moos, F., Suppinger, S., de Medeiros, G. et al. Open-top multisample dual-view light-sheet microscope for live imaging of large multicellular systems. Nat Methods 21, 798–803 (2024). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02213-w

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