Эффективный 3D-свет

Биология связи, том 6, Номер статьи: 170 (2023) Цитировать эту статью

2458 Доступов

1 Цитаты

15 Альтметрика

Подробности о метриках

Возможность отображать образцы тканей человека в 3D, как с клеточным разрешением, так и с большим полем зрения (FOV), может улучшить фундаментальные и клинические исследования. Здесь мы демонстрируем возможность визуализации светового листа образцов рака простаты, фиксированных в формалине размером ~ 5 см3, и образцов рака предстательной железы, фиксированных в формалине и залитых в парафин (FFPE), размером до ~ 7 см3, обработанных с помощью протокола FFPE-MASH. Мы представляем прототип световой микроскопии, микроскоп с селективным плоскостным освещением двойного обзора очищенной ткани (ct-dSPIM), способный быстро получать трехмерные изображения с высоким разрешением очищенной ткани в масштабе см3. Мы использовали мозаичное сканирование для быстрого 3D-обзора образцов всей ткани или обзора больших областей интереса с более высоким разрешением и различной скоростью: (a) Mosaic 16 (изотропное разрешение 16,4 мкм, ~1,7 ч/см3), (b) Mosaic 4 (изотропное 4,1 мкм) разрешение ~ 5 ч/см3) и (в) Mosaic 0.5 (0,5 мкм вблизи изотропного разрешения ~15,8 ч/см3). Мы смогли визуализировать кортикальные слои и нейроны вокруг границ областей V1 и V2 человеческого мозга и продемонстрировать подходящее качество изображения для оценки по шкале Глисона в толстых образцах рака простаты. Мы показываем, что визуализация ct-dSPIM является отличным методом количественной оценки всех крупномасштабных образцов тканей человека, подготовленных с помощью MASH, в 3D, со значительным будущим клиническим потенциалом.

Несмотря на очевидные преимущества крупномасштабной визуализации микроструктуры, образцы тканей в фундаментальных исследованиях и клинической патологии по-прежнему в основном исследуются с помощью обычных световых микроскопов на срезах тканей толщиной с бумагу (около 5–100 мкм), закрепленных на предметных стеклах. Это разрушает трехмерную структуру органа и предоставляет лишь ограниченную двумерную информацию в небольшом поле зрения (FoV). Таким образом, необходимы значительные успехи в направлении новых подходов к высокоскоростной, крупномасштабной трехмерной многомасштабной микроскопии с достаточным разрешением. Это позволит обнаруживать важные детали и обзорные характеристики во всех больших образцах тканей (размером от мм до см).

Сложная трехмерная структура человеческого мозга по своей сути многомасштабна и состоит из очень маленьких структур, простирающихся на большие расстояния, вплоть до целых областей мозга1. Например, многослойная кортикальная цитоархитектура определяется клеточной плотностью, размером и морфологией в микроскопическом масштабе, но ее слои простираются на целые области коры и, следовательно, расслоение происходит в сантиметровых масштабах. Чтобы обеспечить количественную характеристику, такую ​​​​как подсчет клеток, в различных слоях и даже целых областях мозга, необходимо выполнить как широкое обзорное сканирование в поле зрения, так и визуализацию клеток с высоким разрешением. Такого рода данные необходимы, например, для реалистичного биологически обоснованного нейронного моделирования2. Следовательно, исследование многослойной цитоархитектуры требует как визуализации с высоким разрешением, так и большого поля зрения.

Опухоли при раке предстательной железы характеризуются мультифокальностью и гетерогенной морфологией с разнообразными гистоморфологическими паттернами в 3D в расширенных объемах3,4. На сегодняшний день окончательный диагноз рака простаты требует гистопатологической верификации биопсий на основе шкалы Глисона3. Это сложная задача, о чем свидетельствует вариабельность результатов лечения у разных наблюдателей, что, в свою очередь, может привести к недостаточному или чрезмерному лечению пациентов4. Кроме того, критерии «активного наблюдения» определяются количественной оценкой размера опухоли и степени 5 по шкале Глисона. Поскольку полное серийное разделение кернов биопсии простаты выполняется редко, заниженная оценка может возникнуть в случаях с множественными небольшими очагами аденокарциномы простаты, поскольку они присутствуют на разных уровнях в парафиновых блоках5. Более того, ложноотрицательные результаты биопсии могут возникать из-за неполного рассечения блоков ткани. Например, Полк и др. продемонстрировали появление карциномы простаты в более глубоких отделах парафиновых блоков, которая отсутствовала на первоначальных срезах H&E5. В современной практике рутинное прорезание целых парафиновых блоков для увеличения визуализации тканей может оказаться невозможным из-за более высокой трудоемкости и более высокой цены по сравнению со стандартной процедурой рассечения только 3–4 уровней.