生物醫(yī)學研究人員開發(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 3D 圖像，并仔細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于身體如何運作的信息，”教授兼 Price Gilbert Jr. 主席 Shuichi Takayama 說喬治亞理工學院和埃默里大學生物醫(yī)學工程系華萊士·H·庫爾特再生工程和醫(yī)學博士。“它可以告訴我們疾病如何發(fā)展，或者機械力和某些藥物如何改變或影響細胞行為。”
訣竅在于獲取那些詳細的圖像。熒光 3D 顯微鏡有助于改變細胞和亞細胞水平的類器官研究——盡管存在一些缺點。傳統方法耗時且不能充分捕捉這些模型系統的快速、動態(tài)、有時不可預測的細胞和組織過程。
現在，佐治亞理工學院的一個研究小組已經建立了一個更好的系統，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 的帶領下，他們定制的顯微鏡可以用單個相機圖像重建全面的 3D 表示。他們在《生物傳感器和生物電子學》雜志上描述了他們的系統。
賈的新系統建立在他的實驗室在下一代成像系統方面不斷增長的工作基礎之上。傳統的 3D 成像技術依賴于耗時、冗余的基于掃描的技術，這可能導致細胞受損和圖像受損。賈的團隊開創(chuàng)了一種更快的光場系統，可提供更高的分辨率并將光損傷降至最低。他們的新系統可以做到所有這些，甚至更多。
這張合成圖像顯示了一個帶有染色細胞核的結腸類器官，該類器官是從庫爾特部門開發(fā)的新系統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。插圖顯示了兩個細胞之間 3.65 微米的緊密距離。單張原始圖像在 0.1 秒內被捕獲。學分：佐治亞理工學院
“這個最新的系統很新穎，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基金會的職業(yè)獎。“我們在光學平臺上從零開始構建一切。”
在新系統中添加混合點擴散功能使研究人員能夠在幾毫秒內捕獲完整類器官的所有動態(tài)榮耀的免掃描記錄，而不是使用傳統方法幾分鐘甚至幾小時。借助單個相機圖像，Jia 的系統可以重建對樣本 3D 體積的延時觀察。
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