Tomocube由哈佛大學(xué)-麻省理工學(xué)院和韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)研究院聯(lián)合建立，儀器采用全息衍射斷層掃描技術(shù)（ODT），利用傅里葉衍射定理，通過(guò)不同照明角度的多個(gè)復(fù)數(shù)光場(chǎng)重構(gòu)細(xì)胞的三維RI分布，可提供單個(gè)細(xì)胞的干重，即細(xì)胞內(nèi)水性組分（包括蛋白質(zhì)和亞細(xì)胞器）的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光學(xué)相位延遲的時(shí)間波動(dòng)，在納米級(jí)上研究生物細(xì)胞的膜波動(dòng)。此外，3-D RI斷層掃描無(wú)需使用細(xì)胞外試劑，簡(jiǎn)化了樣品制備，也適用于長(zhǎng)期活細(xì)胞成像。 非標(biāo)記非侵入式探究細(xì)胞高分辨率及內(nèi)部三維圖像 實(shí)時(shí)監(jiān)控細(xì)胞內(nèi)部及外部變化，包括線(xiàn)粒體，高爾基體，細(xì)胞核等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)；也包括細(xì)胞流動(dòng)性微小變化 圖像水平分辨率110nm，垂直分辨率可達(dá)220nm 采用電動(dòng)載物臺(tái)可進(jìn)行自動(dòng)聚焦，可進(jìn)行長(zhǎng)期time-lapse成像 快速細(xì)胞成像，激光照度低，對(duì)細(xì)胞無(wú)損傷 細(xì)胞生物學(xué)：細(xì)胞凋亡與壞死，細(xì)胞遷移，干重測(cè)定，細(xì)胞結(jié)構(gòu)分析 微生物學(xué)：微生物分類(lèi)。微生物成像，微生物脂質(zhì)測(cè)定 免疫學(xué)：免疫細(xì)胞分類(lèi)，表征，免疫細(xì)胞動(dòng)力學(xué)過(guò)程，免疫應(yīng)答 納米技術(shù)：納米顆粒成像，納米顆粒標(biāo)記的細(xì)胞器檢測(cè) 目前免疫類(lèi)細(xì)胞表征標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)依賴(lài)于細(xì)胞標(biāo)記。如Giemsa染色需要化學(xué)固定程序，但其限制了活細(xì)胞分析，并且只能獲得2D圖像；共聚焦熒光顯微鏡能夠以高分辨率和高分子特異性實(shí)現(xiàn)活免疫細(xì)胞的3D結(jié)構(gòu)圖像，化學(xué)染色程序或基因修飾是侵入性方法，不可避免地會(huì)出現(xiàn)光毒性和光漂白等重大缺陷。 Tomocube通過(guò)測(cè)量生物分子的折射率（RI），即描述光-物質(zhì)相互作用的固有光學(xué)性質(zhì)，有效規(guī)避了免疫類(lèi)細(xì)胞表征研究中的上述局限性。利用光干擾原理，可以定量和非侵入式地測(cè)量樣品的RI信息，在單細(xì)胞水平上鑒定多種免疫細(xì)胞類(lèi)型，該方法也廣泛用于研究各種生物樣本如紅細(xì)胞、神經(jīng)元，癌細(xì)胞和浮游植物等多種生物樣本研究。該方法將為免疫學(xué)研究、醫(yī)學(xué)研究和診斷開(kāi)辟一條新的途徑。 圖1. 白細(xì)胞的3D可視化。 圖2. 單個(gè)淋巴細(xì)胞（n = 29）和巨噬細(xì)胞（n = 22）的定量形態(tài)學(xué)和生化信息 圖3：不同表型淋巴細(xì)胞類(lèi)型的代表性3-D RI斷層掃描和具有定量表征的3-D圖像 圖4. 3D RI斷層掃描圖和聚苯乙烯珠被巨噬細(xì)胞吞沒(méi)的3D軌跡的延時(shí)測(cè)量。 圖5：HeLa細(xì)胞攝取的500 nm直徑熒光PS珠的3D RI動(dòng)態(tài)分布 免疫突觸（IS）形成研究 Car-T細(xì)胞無(wú)標(biāo)記追蹤及分析 免疫應(yīng)答（IR）是指機(jī)體受抗原刺激后，免疫細(xì)胞對(duì)抗原分子識(shí)別、活化、增殖和分化，產(chǎn)生免疫物質(zhì)發(fā)生特異性免疫效應(yīng)的過(guò)程。APC-T 細(xì)胞間免疫突觸(immunological synapse, IS)的形成是影響 T 細(xì)胞活化增殖的關(guān)鍵因素。IS 的形成不僅促進(jìn) T 細(xì)胞和 APC 的穩(wěn)定接觸，而且激活 T 細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑，促進(jìn) T 細(xì)胞的活化和增殖，也是免疫調(diào)節(jié)、介導(dǎo)病原體感染免疫細(xì)胞的關(guān)鍵部位。 Tomocube實(shí)現(xiàn)了免疫細(xì)胞與其靶標(biāo)之間的動(dòng)態(tài)相互作用連接實(shí)時(shí)觀測(cè)。由于IS的形成動(dòng)力學(xué)通常在幾分鐘內(nèi)發(fā)生，因此需要對(duì)免疫細(xì)胞進(jìn)行快速4D成像，使用tomocube光學(xué)衍射斷層掃描（ODT）測(cè)量免疫細(xì)胞的三維（3D）折射率（RI）斷層掃描，可高速測(cè)量（每3-5秒測(cè)量一次）以無(wú)標(biāo)記方式跟蹤活免疫細(xì)胞的IS過(guò)程，這為深入研究 T 細(xì)胞免疫活化及調(diào)控在疾病中的作用提供了新視野。 Tomocube通過(guò)無(wú)標(biāo)記分割方法可以在以亞微米級(jí)空間分辨率區(qū)分兩個(gè)附著細(xì)胞之間的邊界，可以成功地定義細(xì)胞間IS邊界，且不會(huì)有不明確的分割。 圖6：無(wú)標(biāo)記突觸重建的流程圖。 深入研究CAR/抗原介導(dǎo)的免疫突觸(IS)動(dòng)力學(xué)，使用Tomocube研究CART19（效應(yīng)器）細(xì)胞和K562-CD19（靶）細(xì)胞之間的信號(hào)依賴(lài)性IS形成。CART19細(xì)胞（藍(lán)色）對(duì)K562細(xì)胞（紫色）作出反應(yīng)的延時(shí)代表性靜止圖像：0秒表示效應(yīng)細(xì)胞和目標(biāo)細(xì)胞的初始接觸時(shí)間。b圖顯示對(duì)K562-CD19細(xì)胞作出反應(yīng)的CART19細(xì)胞代表性靜止圖像，綠色區(qū)域表示免疫突觸 （IS）的形成。通過(guò)秒級(jí)演示拍攝清晰且定量展示IS形成的完整過(guò)程。 圖7：定量CAR-T細(xì)胞的初始突觸形成動(dòng)力學(xué) Tomocube可提供IS干重、突觸面積等以進(jìn)一步進(jìn)行免疫評(píng)估。 圖8.突觸形態(tài)的統(tǒng)計(jì)分析取決于CART的細(xì)胞內(nèi)在功能。（a）干重散點(diǎn)圖。（b）（c） 突觸面積散點(diǎn)圖 腫瘤免疫學(xué)研究 免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間CICs形成觀測(cè) 腫瘤免疫學(xué)是免疫研究的重點(diǎn)之一，它是研究腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與機(jī)體免疫的關(guān)系，以及應(yīng)用免疫學(xué)原理和手段對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷、治療和預(yù)防的一門(mén)科學(xué)。腫瘤免疫學(xué)從細(xì)胞水平、分子水平、基因水平來(lái)研究腫瘤發(fā)生、發(fā)展機(jī)制，并以腫瘤的免疫治療為研究目標(biāo)。Tomocube通過(guò)長(zhǎng)期time-lapse成像檢測(cè)免疫細(xì)微變化過(guò)程，細(xì)胞間的特殊互作變化了如指掌。 細(xì)胞中細(xì)胞（CIC）結(jié)構(gòu)的形成，俗稱(chēng)細(xì)胞同類(lèi)相食，是一種獨(dú)特的病理現(xiàn)象，CIC結(jié)構(gòu)不僅在腫瘤進(jìn)化和基因組不穩(wěn)定中起重要作用，而且在胚胎發(fā)育和免疫穩(wěn)態(tài)中也起著重要作用。因此，異型CICs可以作為免疫逃避的機(jī)制來(lái)促進(jìn)癌癥進(jìn)展，通過(guò)免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間CICs形成的研究，以詳細(xì)研究CIC機(jī)制和細(xì)胞命運(yùn)。 圖9：三維渲染圖像與異型CIC熒光融合。綠線(xiàn)標(biāo)記外部單元格 （A549）;紅線(xiàn)表示內(nèi)化細(xì)胞（NK-92）;紫色箭頭表示異型 CIC 結(jié)構(gòu) 紅細(xì)胞 Tomocube可提供紅細(xì)胞（RBC）的各項(xiàng)物理及生化參數(shù)及紅細(xì)胞具有獨(dú)特的形態(tài)（可以在多種病理?xiàng)l件下改變）非侵入式觀察，準(zhǔn)確定量紅細(xì)胞在免疫過(guò)程中形態(tài)及相關(guān)參數(shù)變化。 圖10：紅細(xì)胞的三維折射率斷層掃描。可清晰觀測(cè)多種狀態(tài)下紅細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，如：正常紅細(xì)胞的上視圖和側(cè)視圖 （A， B），淚滴細(xì)胞的上視圖 （C），目標(biāo)細(xì)胞的上視圖和側(cè)視圖 （D， E），裂紅細(xì)胞 （F， G）、棘皮細(xì)胞 （H） 和毛刺細(xì)胞 （I）的側(cè)視圖。 圖11. 延時(shí)拍攝下瘧原蟲(chóng)對(duì)紅細(xì)胞的侵害 圖12：健康對(duì)照組和糖尿病患者的所有測(cè)量紅細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和生化參數(shù)：（a）體積，（b）表面積，（c）球形度，（d）細(xì)胞質(zhì)Hb濃度和（e）Hb含量 圖4：來(lái)自（a）健康對(duì)照組和（b）糖尿病患者的代表性紅細(xì)胞的2-D膜高度圖，相應(yīng)紅細(xì)胞的2-D膜波動(dòng)圖在（c）和（d）中表示 · 如需以上文獻(xiàn)全文，或Tomocube的設(shè)備資料可聯(lián)系北京倍輝科技~
