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动态全场篠田真澄光学相干断层扫描:视网膜器官的三维实时成像

物理学 2022-03-15 23:59:12

中国科学院 一、设置创建荧光断层扫描和三维荧光断层扫描图像,结合荧光进行验证

28天龄(D28)的源自hiPSC的视网膜器官样细胞的一部分的3D图像,用3D-FFOCT捕获,带有相应的颜色条

D29视网膜器官样细胞的FFOCT和D-FFOCT图像的比较:FFOCT图像显示样本的整体结构,而D-FFOCT图像显示构成样本的不同细胞,具有高得多的对比度

比例尺:20微米

荣誉:儒勒·舒尔勒、卡斯桑德拉·格鲁、奥利维耶·古罗、何塞-阿兰·萨赫勒、马蒂亚斯·芬克、萨夏·赖希曼、克劳德·博卡拉和凯特·格里夫 光学相干断层扫描提供了惊人的机会来成像活组织的复杂结构,但缺乏功能信息

我们提出动态全视场光学相干断层扫描作为一种无创成像活体人类诱导多能干细胞(hiPSC)衍生视网膜器官的技术

生成了具有与细胞器运动性相关的内源性对比度的彩色图像,具有亚微米空间分辨率和毫秒时间分辨率,从而创建了一种通过活体组织的动态轮廓来识别其特定细胞类型的方法

目前对活组织和三维细胞培养成像的方式是侵入性的、缓慢的或缺乏空间分辨率的

动态全场光学相干断层扫描是一种无标记、无创、定量的高时空分辨率技术

这种技术依靠低相干干涉测量来放大相位和振幅波动,这种波动是由生物样品内部的移动散射结构产生的,产生了运动对比度

三维立体视觉技术为跟踪复杂的三维多细胞结构,如视网膜器官样结构的发展开辟了可能性

在朱尔斯·肖勒、卡斯桑德拉·格鲁等人的一篇新论文中

,发表在《光:科学与应用》杂志上

法国巴黎昆兹-温格茨国家眼科医院的凯特·格里夫与法国巴黎视觉研究所的细胞生物学家合作,开发并应用了一种新的成像模式,用于对发育中的视网膜器官进行成像

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放大,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,我们能够在不使用任何外源标记的情况下重建几乎透明样品的高对比度图像

" “由于全视场配置和高灵敏度,我们的方法比非线性显微技术更快,所需照明强度更低,后者会对样品造成不可逆的损伤

这使我们能够在几周的时间内研究同一样本的发展情况

科学家们预测,“脱氧核糖核酸荧光断层扫描将在体外活组织中有许多潜在的应用,包括疾病建模、癌症筛查和药物筛查。”

(b,c)具有一致颜色图的三维效果图的颜色条

D29视网膜器官样细胞的图像,显示具有不同动态轮廓的多个细胞

图中D51视网膜器官样细胞,感光细胞的前体开始以玫瑰花结的形式出现(红色虚线)

对D147视网膜器官样细胞进行高时间分辨率成像

部分视网膜器官样结构显示出梭形结构,对应于在玫瑰花结中心出现的光感受器外节

玫瑰花环周围处于三种不同状态的原子核的放大图:(1)处于正常状态的原子核,形状致密、均匀且非常明亮(1

e

表现出高活性);(ii)一个看似濒死、膨胀的核,几乎没有活动;和(iii)正在进行分裂的细胞核,细胞质中没有确定的核膜,以及细胞核内容物的两个不同部分(白色箭头)(表明细胞核的有丝分裂,染色体已经分裂,具有与“正常”细胞核相同的亚细胞活性水平)

正面成像的光感受器外节状结构的放大图像;其中三个标有白线

比例尺:20微米

荣誉:儒勒·舒尔勒、卡斯桑德拉·格鲁、奥利维耶·古罗、何塞-阿兰·萨赫勒、马蒂亚斯·芬克、萨夏·赖希曼、克劳德·博卡拉和凯特·格里夫

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