系统光学性能表征
评估AMATERAS-2的横向和纵向空间分辨率。
使用0.2 µm直径的绿色荧光微球，在两种CMOS相机下获取PSF，并通过高斯拟合计算FWHM。
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厘米级宽组织与胚胎中大量异质细胞群体的体积跨尺度成像
Volumetric trans-scale imaging of massive quantity of heterogeneous cell populations in centimeter-wide tissue and embryo.
实验完整度
高包含光学系统搭建与性能表征、心肌细胞片和心肌类器官成像、小鼠脑切片三维成像、鹌鹑胚胎长时间延时成像等多个独立证据层级，并进行细胞检测与动态定量分析。
主要模型
hiPSC来源的心肌细胞片和心肌类器官 小鼠脑冠状切片 鹌鹑胚胎（tie1:H2B-eYFP转基因）
重点核对
AMATERAS-2w横向分辨率约1.1 µm，纵向分辨率约14.8 µm（250-MP相机） 小鼠脑切片：1.5 mm厚，z步进4 µm，378层，SYTOX Green染色，CUBIC组织透明化处理 鹌鹑胚胎延时成像：z步进12 µm共21层，每7.5分钟采集一次，持续25小时，激发光强度113 mW/cm² 细胞检测精度：皮层区域precision 99.4%，recall 97.6%
摘要
我们建立了一套具有超大视场（FOV）的体积跨尺度成像系统，能够同时观测厘米级三维（3D）组织和胚胎中数以百万计的细胞动态。利用定制的巨型透镜系统（放大倍率×2，数值孔径（NA）0.25）和超过100兆像素的CMOS相机，我们构建了跨尺度显微镜AMATERAS-2，并在约1.5×1.0 cm²的视场内实现了约1.1 µm的横向空间分辨率荧光成像。通过结合针对我们低倍率成像系统量身定制的光学和计算层切技术，实现了3D分辨能力。我们将该成像技术应用于1.2 cm宽的小鼠脑切片，成功在单一视场内以亚细胞分辨率观察了大脑的多个区域。我们还对鹌鹑胚胎发育过程中的1 cm宽血管网络进行了超过24小时的延时成像，可视化了超过4.0×10⁵个血管内皮细胞的运动，并定量分析了它们的动态。我们的结果证明了该技术在加速生成生物体和组织中所有细胞的综合参考图谱方面的潜力，这有助于理解发育过程、脑功能和疾病发病机制，以及用于移植医学的组织的高通量质量检查。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 如何实现厘米级视场内的体积成像，以同时观测大量细胞的三维动态？
- 核心机制
- 通过提高数值孔径（NA从0.12提升至0.25）和改进光学设计，结合光学层切（pinhole array disk）和计算层切（computational sectioning）方法，实现了大视场体积成像。
- 主要证据
- 通过测量PSF验证了系统分辨率；对hiPSC来源的心肌细胞片和心肌类器官进行成像，展示了亚细胞结构分辨能力；对小鼠脑切片和鹌鹑胚胎进行了三维动态观测，并利用ELEPHANT等工具进行细胞检测和追踪。
- 研究意义
- 加速生成生物体中所有细胞的综合参考图谱，有助于理解发育过程、脑功能和疾病发病机制，以及用于移植医学的组织高通量质量检查。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
心肌细胞片成像
验证系统在厘米级视场内对亚细胞结构的成像能力。
对hiPSC来源的心肌细胞片进行罗丹明-鬼笔环肽染色，使用250-MP相机获取整个视场图像，并与AMATERAS-1图像进行对比。
计算层切验证
验证计算层切方法能否从宽场z-stack中提取焦平面信息。
对hiPSC来源的心肌类器官进行免疫染色（cTnT-Alexa488，Hoechst33342），获取z-stack（范围约250 µm，间隔4 µm），应用计算层切算法去除背景光，并与原始MIP图像对比。
小鼠脑切片三维成像
展示系统对厚组织（1.5 mm）的体积成像能力。
使用CUBIC透明化处理1.5 mm厚的小鼠脑冠状切片，SYTOX Green染色，使用AMATERAS-2c（共聚焦模式）获取z-stack（378层，间隔4 µm），并应用计算层切去除背景光，使用ELEPHANT进行细胞检测。
鹌鹑胚胎血管动态成像
验证系统对活体样本长时间三维动态观测的能力。
使用tie1:H2B-eYFP转基因鹌鹑胚胎，在35 mm玻璃底培养皿中进行ex ovo培养，使用AMATERAS-2w宽场模式进行延时成像（25小时，间隔7.5分钟），z-stack共21层（间隔12 µm），并利用计算层切去除背景光，然后进行细胞分割和追踪。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 成像系统 | AMATERAS-2 | -- | -- |
| 120兆像素CMOS相机 | CIS | VCC-120CXP1M | |
| 250兆像素CMOS相机 | CIS | VCC-250CXP1M | |
| LED光源 | Thorlabs | SOLIS-470C | |
| 长通二向色镜 | -- | -- | |
| 带通荧光滤光片 | Edmund Optics | 86-992 | |
| 激发滤光片 | Edmund Optics | 87-800 | |
| 针孔阵列盘 | CrestOptics | -- | |
| 短通二向色镜 | Edmund Optics | DMSP490L | |
| 1×中继透镜 | Myutron | LSTL10H-F | |
| 2×中继透镜 | Myutron | LSTL20H-F | |
| 电动执行器 | SIGMAKOKI | SOM-C13E | |
| 电动执行器 | SIGMAKOKI | SOM-C25E | |
| 载物台培养箱 | BLAST | SV-141A | |
| 点扩散函数测量 | 荧光微球（0.2 µm） | Invitrogen | F8811 |
| 荧光微球（0.5 µm） | Invitrogen | F8813 | |
| 琼脂糖 | -- | -- | |
| 细胞培养 | StemFit培养基 | Ajinomoto | AK02N |
| iMatrix-511 | Matrixome | 89292 | |
| TrypLE Select | Thermo Fisher Scientific | A1285901 | |
| Y-27632 | Fujifilm Wako | 030-24021 | |
| 细胞分化 | CHIR99021 | Fujifilm Wako | 252917-06-9 |
| IWP-2 | Fujifilm Wako | 686770-61-6 | |
| CDM3培养基 | -- | -- | |
| 免疫染色 | 兔抗cTnT抗体 | Bioss | bs-10648R |
| Alexa488标记的山羊抗兔IgG | Abcam | ab150077 | |
| 罗丹明-鬼笔环肽 | Fujifilm Wako | 165-21641 | |
| 核染色 | Hoechst33342 | Dojin | H342 |
| SYTOX Green | Thermo Fisher Scientific | S7020 | |
| 组织透明化 | CUBIC-L | Tokyo Chemical Industry | T3740 |
| CUBIC-R+(M) | Tokyo Chemical Industry | T3741 |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 光学系统配置 | 物镜和管镜的数值孔径（0.25和0.125）、放大倍率（×2）、视场数（44 mm）、相机型号（120-MP或250-MP）、激发光波长和滤光片设置 阅读提示：Materials and methods - Wide-field imaging system (AMATERAS-2w) configuration; Results - Optical configuration and performance |
| 心肌细胞片成像 | hiPSC细胞系（201B7）、培养条件（StemFit培养基、iMatrix-511包被、Y-27632）、罗丹明-鬼笔环肽染色浓度 阅读提示：Materials and methods - Culture of hiPSCs and differentiation into cardiac organoid; Figure 2C-F |
| 心肌类器官成像 | hiPSC分化方案（CHIR99021、IWP-2浓度）、免疫染色抗体浓度（anti-cTnT 1:200、二抗1:500）、z-stack间隔（4 µm） 阅读提示：Materials and methods - Immunocytochemical staining of cardiac organoid; Figure 4 |
| 小鼠脑切片成像 | 小鼠品系（C57BL/6J）、年龄（2-3个月）、切片厚度（1.5 mm）、组织透明化试剂（CUBIC-L、CUBIC-R+(M)）、SYTOX Green稀释比例（1:5000）、z-stack间隔（4 µm）和层数（378） 阅读提示：Materials and methods - Preparation of mouse brain section; Figure 5 |
| 鹌鹑胚胎成像 | 鹌鹑品系（tie1:H2B-eYFP）、胚胎培养条件（38°C）、ex ovo培养方法、z-stack间隔（12 µm）和层数（21）、时间间隔（7.5分钟）、激发光强度（113 mW/cm²）、曝光时间（1秒/层） 阅读提示：Materials and methods - Preparation of quail embryo; Autofocus in time-lapse imaging; Figure 6 |