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动态全场光学相干层析成像:视网膜细胞器的3D实时成像

2020-8-21 21:41| 发布者: 前途无量| 查看: 172| 评论: 0

摘要: 光学相干断层扫描为生物组织的复杂结构成像提供了令人惊讶的机会,但缺乏功能信息。 我们目前动态全场光学相干断层扫描技术作为无创成像生活人类诱导的多能干细胞(hiPSC)衍生的视网膜类器官的技术。产生具有与细胞 ...

光学相干断层扫描为生物组织的复杂结构成像提供了令人惊讶的机会,但缺乏功能信息。 我们目前动态全场光学相干断层扫描技术作为无创成像生活人类诱导的多能干细胞(hiPSC)衍生的视网膜类器官的技术。产生具有与细胞器运动性相关的内源性对比的彩色图像,具有亚微米级的空间分辨率和毫秒级的时间分辨率,从而创建了一种通过其动态轮廓识别活组织中特定细胞类型的方式。

a.创建FFOCT和D-FFOCT图像的设置,并结合荧光进行验证。图b. D-FFOCT捕获的28天(D28)hiPSC衍生的视网膜类器官的一部分的3D表示。 图c. D29视网膜类器的FFOCT和D-FFOCT图像的比较:FFOCT图像显示了样本的整体结构,而D-FFOCT图像显示了构成样本的不同细胞,具有更高的对比度。比例尺:20微米。

 

用于成像活组织和3-D细胞培养的当前方法是切割性的,缓慢的或缺乏空间分辨率的。动态全场光学相干断层扫描(D-FFOCT)是一种无标签,无创,定量的技术,具有较高的时空分辨率。这项技术依靠相干干涉技术来放大相位和幅度波动,该波动是由移动生物样品内部的散射结构产生的,产生了运动性对比。D-FFOCT开启了发展复杂的3D多细胞结构(如视网膜类器官)的可能性。

 

Jules Scholler,Kassandra Groux等人发表在Light: Science & Applications上的新论文中,由Quinze-Vingts国家眼科医院的Kate Grieve博士领导的一个光学专家团队(法国巴黎兰文学院)(法国巴黎)与细胞生物学家(法国巴黎视觉研究所)合作,开发了一种新的成像方式,并将其应用于正在开发的视网膜类器官的成像。

 

这些科学家总结了他们显微镜的工作原理:

 

“我们使用全场光学相干断层扫描设备的干涉测量放大,并研究干涉信号的波动,以定量构建具有代谢对比的断层扫描体积。由于我们的高灵敏度,我们能够重建几乎透明样品的高对比度图像而不使用任何外部标签。”

 

“由于具有全场配置和高灵敏度,我们的方法比非线性显微镜技术更快,所需的照度低得多,非线性显微镜技术会不可逆地损坏样品。这使我们能够研究数周内同一样品的开发”他们补充说。

 

科学家预测,“ D-FFOCT将在体外活组织中具有许多潜在应用,包括疾病建模,癌症筛查和药物筛查。”

a. D-FFOCT图像的颜色条,具有一致的(b,c)色彩映射。b.D29视网膜类器官的图像,显示多个具有不同动态轮廓的细胞。c.一个D51视网膜样器的图像,在那里感光器的前体开始出现在玫瑰花结的形成(红色虚线)。在D147视网膜器官样体上进行高时间分辨率成像。d.视网膜类器官的一部分揭示了梭形结构,对应于莲座丛中心新兴的感光细胞外部节段。e. 莲座丛周围三个不同状态的细胞核的放大视图:(i)处于正常状态的细胞核,具有紧凑,均匀的形状并且非常明亮(即,显示出高活性);(ii)似乎垂死的,膨胀的核,几乎没有活性;(iii)细胞核分裂,胞质中没有明确的核膜,细胞核含量的两个不同部分(白色箭头)(暗示已经分裂的染色体的核的有丝分裂),亚细胞活性水平与“正常”核)f.光感受器外段状结构的侧面放大成像。其中三个标有白线。比例尺:20微米。

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