哥伦比亚大学领导的团队开发了一种革命性的显微技术，这种技术有望大幅推进3D组织成像的同时，显著降低其成本和复杂度。
这项由Raju Tomer教授领导并在《自然·生物技术》杂志上发表的研究，引入了一种新的光学框架和模块化显微镜附加组件，可能使高分辨率成像在全球范围内的实验室和诊所中变得触手可及。
突破3D组织成像的障碍
完整组织的高分辨率三维图像对于绘制神经回路、诊断疾病以及训练人工智能系统至关重要。
然而，传统成像工具迫使研究人员在昂贵的浅深度油浸镜头和价格较低但穿透深度较大的空气镜头之间做出选择，后者在使用化学物质使组织透明以便3D观察时会变得模糊。
HySIL创新技术
Tomer团队的创新，被命名为HySIL（混合固液光学），将简单的曲面固体镜头与定制匹配的浸入液体配对，使两者能够作为一个无缝光学系统运行。
这使得即使是价格低廉的空气镜头也能穿过厘米级组织提供清晰、高分辨率的图像，无论使用何种常见的样品制备方法——无需硬件更改。
为了展示该技术，研究人员开发了SCOPE，这是一种可附加到现有光片显微镜上的模块化设备，以及Super-SCOPE，一种提供更高分辨率的概念验证变体。
这些技术还已集成到Tomer团队在2024年开发的一种紧凑型基于投影仪的光片显微镜(pLSM)中，该显微镜现在以SLICE的名称商业化销售。
Tomer解释道："我们的设计打破了显微镜领域长期存在的性能与可及性之间的权衡。通过使浸入液体成为主动光学组件，我们以一小部分成本实现了精英系统的性能——适用于资源有限环境中的教学实验室或诊所。"
与学术合作伙伴合作，该团队在整只小鼠、蝾螈和洞穴鱼的大脑（用于神经回路映射）、实验室培养的人脑组织（用于疾病和发育研究）以及完整的人类癌症活检样本（用于3D病理学）上展示了pLSM-SCOPE的能力。HySIL技术用途广泛，可以增强其他类型的显微镜，包括共聚焦和双光子系统。
行业合作伙伴MBF Bioscience的联合创始人兼首席执行官Jack Glaser称赞了该技术的实际影响："HySIL提供了低成本和高性能的罕见组合。将这一技术工程化为可靠的系统，使得先进的成像技术可以广泛应用于工作实验室。"
几十年来，组织分析主要依赖于薄的二维切片，但新技术实现了经济实惠、易于获取的3D成像——对于可视化组织的完整结构至关重要。
哥伦比亚大学欧文医学中心病理学和细胞生物学教授Hanina Hibshoosh强调："3D成像让你可以看到整个组织结构，而不仅仅是横截面。随着AI扩展我们分析组织数据的能力，像pLSM-SCOPE这样的经济型工具将变得至关重要。"
对研究、医学和AI的变革性步骤
该研究得到了美国国立卫生研究院的支持，哥伦比亚大学已就这些技术提交了专利申请。Tomer曾担任MBF Bioscience的顾问，几位合著者也在该公司工作。其他哥伦比亚大学贡献者包括Rene Hen、Christopher Makinson和Maria Tosches教授，以及一支博士后研究员、博士候选人和研究团队。
Tomer总结道："获取密集的组织尺度图像数据集将改变生物学和医学，因为这两者越来越依赖于详细的成像。"
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