研究人員已經證明，一種新的顯微鏡技術可以捕捉整個斑馬魚幼蟲的動態3D圖像，同時保持所有三維細胞分辨率。通過讓科學家們對細胞在最自然狀態下如何相互作用有了前所未有的了解，這項新技術可以為開發新的疾病治療方法提供信息。

“解開潛在的細胞結構及其相互作用對于理解生命至關重要，”約翰霍普金斯大學的研究小組負責人Ji Yi說。“然而，光衍射的限制使得難以在幾毫米的大面積內進行3D元胞分辨率成像。我們規避了視場、深度分辨率和成像速度之間的權衡，在比以前更大的視場上實現了4D細胞分辨率。”

在Optica出版集團的高影響力研究期刊Optica上，研究人員報告說，與其他類似系統相比，他們新的介觀斜平面顯微鏡方法可以在成像3D體積內捕獲多達三倍的可分辨圖像點。斜平面顯微鏡是一種光片顯微鏡，它使用一片激光照射用熒光標記標記的樣品薄片。

Yi說:“在更大的背景下觀察生物系統——也被稱為介觀尺度——為復雜的生物系統提供了整體信息，比如小鼠大腦中的完整神經回路、3D組織培養或整個斑馬魚幼蟲。”“我們的工作也為進一步的發展奠定了基礎，這將允許更快、更大、更深的生物成像。”

克服權衡  

無論是用顯微鏡還是智能手機相機成像，使用一套光學設備很難同時獲得大范圍的場景覆蓋和足夠的分辨率來觀察細節。雖然現代智能手機通常使用多個攝像頭來克服這一挑戰，但這在顯微鏡下通常是不可行的。

“我們沒有增加另一套相機，而是使用一種被稱為傳輸光柵的光學組件來創建衍射光片，”Yi說。“在使用低倍率鏡頭時，這提高了深度切片和分辨率。其結果是能夠在幾毫米寬的視野內進行介觀尺度成像，同時仍然能夠在3D中解析單個細胞。”

研究人員展示了他們的新技術，用它來成像兩個重要的大型模型系統:3-4毫米長的活斑馬魚幼蟲和細胞保持活性的小鼠大腦切片。兩者都表達熒光蛋白，標記特定的細胞類型，如神經元和血細胞。

利用他們的介觀斜平面顯微鏡技術，研究人員能夠以2.5× 3 × 6微米的分辨率對高達5.4 × 3.3毫米的視場成像，這允許通過一次掃描對3D細胞結構進行體積成像。對于斑馬魚幼體，他們以2hz的體積率捕獲了神經元活動的全身體積記錄，獨特地實現了對脊椎動物整個中樞神經系統神經回路的研究。他們還以3D細胞分辨率顯示了5 Hz血流動力學的全身容量記錄，首次實現了完整3D循環系統內的單細胞跟蹤。

展望未來，研究人員希望提高光收集效率，以進一步提高成像速度。他們還希望結合多光子成像來實現更好的穿透深度，這是光學成像中另一個長期存在的挑戰。

文章標題

Mesoscopic oblique plane microscopy (Meso-OPM) with a diffractive light sheet- enabling large-scale 4D cellular resolution imaging