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一款适用于透明组织成像的多功能平铺光片显微镜

发布日期:2021/3/15 10:22:29

 



 

 

生物组织的高分辨率3D荧光成像在亚细胞、细胞和组织水平上为基因表达、细胞形态和细胞在组织中的分布研究搭建了桥梁。组织透明化方法将生物组织透明,并结合新型的3D荧光成像技术实现了组织结构可视化。

 

尽管这种结合有诸多好处,但在3D组织成像应用中仍存在挑战:(1)在对厘米级样本进行微米级或更高分辨率成像时,传统光片显微镜成像效率不高;(2)传统光片显微镜难以兼容所有的组织透明化方法透明的样本;(3)不能实时校正由不同成像液的折射率变化引起的偏差,优化不同样品的成像性能;(4)显微镜仪器校准程序复杂且较为困难。

 


 

2020年11月3日,西湖大学高亮实验室团队在Cell Reports上发表文章A Versatile Tiling Light Sheet Microscope for Imaging of ClearedTissues介绍了一款具有半自动校准能力的多功能平铺光片显微镜,它能够对所有组织透明化方法透明的样本组织进行多色快速3D成像,并且成像的空间分辨率达微米级(4×4×10μm3)甚至亚微米级(0.3×0.3×1μm3)。另外,通过组织膨胀技术,平铺光片显微镜的分辨能力可提高至小于100nm(70×70×200 nm3)。

 

文章指出,平铺光片技术很好地解决了上述问题。不同于其他的光片显微镜,平铺光片显微镜不仅在透明化大组织样本的3D成像上呈现更好的效果,而且可以大范围内更加简单的优化和调节成像品质,可以更方便的应用在不同领域。

 

那么,与其他的光片显微镜相比,平铺光片显微镜有哪些优点呢?

 

1) 和传统的光片显微镜相比,相同的成像时间里,采用平铺光片显微镜成像样本可提高空间分辨率以及成像效率。

2)通过变换不同NA的检测物镜,放大倍数,以及调整激发光片,平铺光片显微镜可以实现对厘米级的组织样本进行从微米级到亚微米级空间分辨率的成像,而利用组织膨胀技术可以进一步提高成像分辨率。

3)通过空间光调制器对激发光片进行相位调制,用于创建和优化样品照明的平铺光片。

4)显微镜具有半自动校准功能,保证了成像的准确性、可靠性和易用性;

5)显微镜与所有的组织透明化方法兼容,适用于不同形状,不同机械强度的组织成像。

6)不同的透明化组织样本可以在几分钟内快速更换成像;

7)可以对透明化组织进行多分辨率级别、各向同性、多色三维成像;

 

 

 

 

凭借上述优点,平铺光片显微镜对组织样本进行3D成像的结果又如何呢?

 

1)实现微米级空间分辨率的3D组织成像

 

具有近乎各向同性的微米级空间分辨率的3D组织成像非常适合在细胞水平上可视化组织结构。如图1所示,3小时内获取的小鼠脑血管网络展示了识别到的几乎所有的毛细血管。成像结果可对脑血管结构提供清晰的拓扑结构阐释。根据成像结果提取到的数据显示大脑皮层中这些穿透性的血管可通过毛细血管与位于胼胝体区域的海马内小静脉或小动脉相连接。因此,平铺光片显微镜出色的3D成像能力可以辅助了解整脑不同脑区的血管网络分布。