生物醫(yī)學(xué)研究人員開發(fā)和使用類器官作為研究人類發(fā)育和疾病的工具。這些小型實驗室培養(yǎng)的培養(yǎng)物模仿人體器官，提供了對組織發(fā)育、藥物相互作用和其他生化功能的清晰觀察，為個性化醫(yī)療提供了一種創(chuàng)新方法。
“獲取這些器官微型模型的詳細(xì) 3D 圖像，并仔細(xì)觀察它們在不同條件或刺激下的變化，可以告訴我們很多關(guān)于身體如何運(yùn)作的信息，”教授兼 Price Gilbert Jr. 主席 Shuichi Takayama 說喬治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系華萊士·H·庫爾特再生工程和醫(yī)學(xué)博士。“它可以告訴我們疾病如何發(fā)展，或者機(jī)械力和某些藥物如何改變或影響細(xì)胞行為。”
訣竅在于獲取那些詳細(xì)的圖像。熒光 3D 顯微鏡有助于改變細(xì)胞和亞細(xì)胞水平的類器官研究——盡管存在一些缺點。傳統(tǒng)方法耗時且不能充分捕捉這些模型系統(tǒng)的快速、動態(tài)、有時不可預(yù)測的細(xì)胞和組織過程。
現(xiàn)在，佐治亞理工學(xué)院的一個研究小組已經(jīng)建立了一個更好的系統(tǒng)，可以實時快速生成高分辨率 3D 圖像，提供類器官的定量分析。在 Coulter BME 助理教授 Shu Jia 的帶領(lǐng)下，他們定制的顯微鏡可以用單個相機(jī)圖像重建全面的 3D 表示。他們在《生物傳感器和生物電子學(xué)》雜志上描述了他們的系統(tǒng)。
賈的新系統(tǒng)建立在他的實驗室在下一代成像系統(tǒng)方面不斷增長的工作基礎(chǔ)之上。傳統(tǒng)的 3D 成像技術(shù)依賴于耗時、冗余的基于掃描的技術(shù)，這可能導(dǎo)致細(xì)胞受損和圖像受損。賈的團(tuán)隊開創(chuàng)了一種更快的光場系統(tǒng)，可提供更高的分辨率并將光損傷降至最低。他們的新系統(tǒng)可以做到所有這些，甚至更多。
這張合成圖像顯示了一個帶有染色細(xì)胞核的結(jié)腸類器官，該類器官是從庫爾特部門開發(fā)的新系統(tǒng)拍攝的原始圖像中重建的。大圖顯示了從黃色(距焦平面-56.2 微米)到紫色(距焦平面+56.2 微米)的深度顏色編碼。插圖顯示了兩個細(xì)胞之間 3.65 微米的緊密距離。單張原始圖像在 0.1 秒內(nèi)被捕獲。學(xué)分：佐治亞理工學(xué)院
“這個最新的系統(tǒng)很新穎，因為它完全是為組織和動物規(guī)模的成像而定制的，”賈說，他今年早些時候獲得了美國國家科學(xué)基金會的職業(yè)獎。“我們在光學(xué)平臺上從零開始構(gòu)建一切。”
在新系統(tǒng)中添加混合點擴(kuò)散功能使研究人員能夠在幾毫秒內(nèi)捕獲完整類器官的所有動態(tài)榮耀的免掃描記錄，而不是使用傳統(tǒng)方法幾分鐘甚至幾小時。借助單個相機(jī)圖像，Jia 的系統(tǒng)可以重建對樣本 3D 體積的延時觀察。
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