三维光片类器官成像

　　图1：一名头颈癌患者来源的组织切片(约300 µm厚)。该样本体积由500张图像组成，层间距为300 nm，Kinetix22相机单张图像的曝光时间为100 ms。样本使用SPY650活细胞DNA染料(638 nm激发)进行染色。图像通过Kinetix22 sCMOS相机获取。

　　背景

　　苗平建(Miao Ping Chien)教授在伊拉斯姆斯大学医学中心的实验室专注于研究罕见且侵袭性强的癌细胞亚群的分子机制，以及推动肿瘤进展、转移和治疗抗性的癌细胞状态。该实验室采用多学科方法，结合显微镜、人工智能辅助图像分析、生物信息学以及单细胞和空间组学技术，旨在将细胞层面的研究发现转化为临床应用。

　　Jelle Storteboom博士是该实验室的研究员，主要研究方向为成像技术。他利用宽场显微镜追踪具有不规则表型的单个癌细胞，通过光激活并分离后进行单细胞测序，从而将特定表型与其在DNA和RNA水平的起源联系起来。此外，Storteboom博士正在实施基于ASI swept confocally aligned planar excitation (SCAPE)系统的选择性平面成像技术，该技术能够对3D样本进行高通量成像，使研究能够扩展到组织、类器官等更接近体内生理环境的样本。

　　图2：食管癌细胞来源的类器官样本。该样本体积由300张图像组成，层间距为200 nm，Kinetix22相机单张图像的曝光时间为20 ms。样本使用SPY650活细胞DNA染料(638 nm激发)进行染色。图像通过Kinetix22 sCMOS相机获取。

　　挑战

　　三维体积成像常产生大量数据，因最终超结构由单幅图像组成。细胞在连续图像间的移动会产生伪影，为最小化此效应，探测器需以特定采集速度运行。最终图像也需通过算法组装，以准确再现成像的亚微结构。这需要一个稳健、可重复的采集系统，以及设置中不同硬件部件间的可靠电子连接。还需高灵敏度探测器以最小化噪声贡献并最大化信噪比(SNR)，确保算法能可靠识别特定图像特征。

　　此外，活细胞应用可通过最小化光毒性来改进。一种方法是限制样品照明，这会导致受限的荧光光子预算和较低信号水平，此方法仅能通过高灵敏度传感器实现。

　　我们对[Kinetix22]相机感到满意。该速度对于我们的SCAPE系统获取三维光片数据非常重要。——苗平建教授

　　‌解决方案‌

　　对于选择性平面照明和SCAPE应用，Kinetix22是该成像系统的一款强大、灵活且可靠的补充。其高量子效率和极低的读出噪声，使其成为快速、灵敏成像的理想选择，同时最大程度地减少光损伤。Kinetix22的“速度模式”可轻松捕获具有高时间分辨率的动态过程。

　　对于本项目，高成像吞吐量对于解析体积至关重要，因为单个3D结构可能由多达400张图像组成。除了速度和灵敏度，Kinetix22的大视野能够以亚细胞空间分辨率成像整个细胞群或类器官。最后，Kinetix22可以通过MicroManager软件以及自定义Python脚本进行控制，适应不同的开源自定义软件解决方案。