类器官厚样本的深层成像

引言

大型多细胞系统的实时成像是现代生物学研究中的一个具有挑战性但至关重要的方面。传统显微镜技术在提供高分辨率的三维图像方面往往有所不足，尤其是对于需要最小光毒性的深层样本。开发开放式多样本双视角光片显微镜在这一领域取得了显著进展。本文探讨了这一创新显微镜系统的功能和测试应用。

肠类器官

利用光片显微镜对模拟肠道上皮的复杂结构——肠类器官进行成像，追踪细胞动态和分化过程。显微镜详细展示了数天内的隐窝和绒毛形成，为细胞周期动态和类器官内不同细胞类型成熟提供洞见。

图 g. 表达Fucci2报告基因（hGem-mVenus和hCdt1-mCherry）的类器官在获取过程中沿z轴的最大强度投影图（MIPs），展示了三个时间点。黄色线条指示了图 h 中横截面的位置。比例尺，50 μm。

图 h. 使用检测1、检测2及融合数据的类器官在xz平面的横截面图。比例尺，50 μm。

小鼠肝类器官

光片系统还有效地对小鼠肝脏类器官进行成像。连续成像数天，观察到了生长模式、细胞间相互作用及其对处理的反应，展示了显微镜在不同生物模型中的多样性。

图 k. 表达mg-GFP和H2B-mCherry的肝类器官在时间推移过程中沿z轴的最大投影图，展示了三个时间点。比例尺，50 μm。

图 l. 肝类器官的3D渲染图，放大图显示了有膜信号和无膜信号的区域。比例尺，50 μm。

水螅

对水螅再生过程的监测历时2.5天。显微镜提供了优秀的时间分辨率，捕捉到身体轴线的形成及新形成的球体中口部和非口部结构的发展。

图 i. 表达外胚层报告基因（ecto [β-act::RFP]）的水螅在时间推移过程中沿z轴的最大投影图，展示了三个时间点。黄色线条指示了图 j 中横截面的位置。比例尺，50 μm。

图 j. 使用检测1、检测2或融合数据的水螅在图 i 中显示的xz平面的横截面图。比例尺，50 μm。

开放式多样本双视角光片显微镜

设计和特点

开放式多样本双视角光片显微镜结合了双重照明和双重检测镜头，以实现多角度的高分辨率成像。其主要特点包括：

• 双重照明和检测：系统采用两个相对的照明镜头和两个检测镜头，从不同方向捕捉图像。这种配置能够弱化伪影，特别适用于厚大标本的高质量成像。

• 开放式设计：这种设计允许从顶部轻松接触样本，便于在成像过程中进行样本操作和添加试剂。

• 多孔安装系统：多孔样本支架使得多样本的高通量成像成为可能，这对于需要并行处理和比较的实验至关重要。

相较传统显微镜的优势

高通量和低光毒性

光片显微镜通过薄光片照明样本，固有地减少了光毒性，这对于长期的实时成像至关重要。双视角设置在保持低光曝光的同时进一步提升了图像质量。多孔系统允许同时成像多个样本，与传统显微镜方法相比显著提高了通量。

详细的单细胞分析

显微镜的高分辨率和双视角功能使得在大而厚的样本中进行详细的单细胞分析成为可能。这一特性对研究异质生物过程尤其有价值，因为需要在长时间内观察细胞行为和相互作用。

灵活性和定制化

开放式设计的样本支架提供了处理不同类型样本和实验设置的灵活性。这种适应性使显微镜适用于从类器官研究到发育生物学和癌症研究的广泛生物学研究。

开放式多样本双视角光片显微镜代表了实时成像技术的重大进展。结合激光消融或光遗传刺激技术可以在成像过程中操纵样本。此外，该系统处理光学透明标本的能力可能扩展其在深层组织成像中的应用。

开放式多样本双视角光片显微镜的开发和成功应用标志着生物成像领域的关键一步。通过在长时间内提供大型多细胞系统的高分辨率三维图像，这一技术为理解细胞水平上的复杂生物过程开辟了新的途径。

阅读原文：

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