哥倫比亞大學領導的一個團隊開發了一項革命性的顯微技術，這項技術有望顯著推進三維組織成像，同時降低成本和複雜性。該研究由拉朱·託默教授領導，並發表於《自然生物技術》期刊，介紹了一種新的光學框架及模組化顯微鏡附加裝置，旨在使高解析度成像能夠被全球的實驗室和診所所使用。
打破三維組織成像的障礙，高解析度的三維完整組織影像對於繪製神經電路、診斷疾病及訓練人工智能系統至關重要。然而，傳統的成像工具迫使研究人員在昂貴的淺層油浸透鏡與便宜的深層空氣鏡頭之間做選擇，後者在使用清理組織以便進行三維觀察的化學品時會出現模糊的情況。
HySIL 技術顯著提升三維成像能力
託默團隊的創新技術名為 HySIL（混合固體-液體光學），該技術將一個簡單的曲面固體透鏡與一種專配的浸沒液體配對，使兩者能夠作為一個無縫的光學系統運作。這使得即使是價格較低的空氣鏡頭也能夠透過釐米級的組織提供清晰的高解析度影像，無論常見的樣本準備方法如何，且無需硬件更改。
為了展示該技術，研究人員建造了 SCOPE，這是一個模組化設備，可以附加到現有的光片顯微鏡上，還有 Super-SCOPE，這是一個提供更高解析度的概念驗證變體。這些技術也被整合進由託默團隊於 2024 年開發的緊湊型投影光片顯微鏡（pLSM），目前已作為 SLICE 商業化銷售。託默解釋道：“我們的設計打破了顯微鏡中性能與可及性之間的長期折衷。通過使浸沒液體成為一個主動的光學組件，我們以極低的成本實現了精英系統的性能，適合於教學實驗室或資源有限的診所。
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與學術合作夥伴合作，團隊展示了 pLSM-SCOPE 在整隻老鼠、沙蠶及洞魚大腦（用於神經電路繪製）、實驗室培養的人類腦組織（用於疾病及發展研究），以及完整的人類癌症活檢（用於三維病理學）的能力。HySIL 技術具有多樣性，能夠增強其他類型的顯微鏡，包括共聚焦和雙光子系統。MBF Bioscience 的聯合創始人兼首席執行官傑克·格拉瑟讚揚了這項技術的實際影響：“HySIL 提供了成本較低與性能較高的罕見組合。
將這一技術工程化為一個可靠的系統，使先進的成像廣泛可用於實驗室。”
三維成像技術將改變生物學和醫學研究
數十年來，組織分析主要依賴於薄的二維切片，但這項新技術使得實惠且可及的三維成像成為可能，這對於可視化組織的完整結構至關重要。哥倫比亞大學厄文醫學中心的病理學與細胞生物學教授哈尼娜·希布舒斯強調：“三維成像讓您能夠看到整個組織結構，而不僅僅是切面。像 pLSM-SCOPE 這樣的可負擔工具將在人工智能擴展我們分析組織數據的能力時至關重要。”
這項研究得到了國立衞生研究院的支持，哥倫比亞大學已就這項技術提交了專利申請。託默曾擔任 MBF Bioscience 的顧問，幾位共同作者也在該公司工作。其他參與的哥倫比亞大學成員包括教授雷內·亨、克里斯托弗·梅金森和瑪麗亞·託切斯，以及一組博士後研究員、博士生及研究人員。託默總結道：“獲得密集的組織級影像數據集將改變生物學和醫學，因為這兩者越來越依賴於詳細的成像。
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