研究人员开发了新的3D组织成像技术以研究细胞水平的疾病

为了诊断和治疗癌症等疾病，科学家和医生必须了解细胞如何应对不同的医疗条件和治疗。研究人员开发了一种在细胞水平上研究疾病的新方法。

宾夕法尼亚州立大学医学院病理学，药理学和生物化学与分子生物学杰出教授，芝加哥大学X射线成像物理学家团队的Keith Cheng博士开发了一种新的3D组织成像技术，称为X射线组织断层扫描术。该技术允许研究人员研究组织样本中细胞的细节，而无需将其切成片。这可能会导致更好的诊断和治疗各种疾病，包括癌症。

“通过组织切片术进行的定量和客观测量可能使我们能够区分癌症的亚型和目前使用传统组织学看起来相同的其他疾病，以便他们可以更适当地治疗，”Cheng说。

传统的组织学包括从患者身上取出薄片组织，对其进行染色，并在显微镜下检查它们是否有不规则的特征。样本的物理切片引入组织损失和扭曲，导致不完整的采样和不完美的可视化。研究人员表示，X射线组织断层扫描可以避免这些问题，并可以准确地测量细胞的形状和体积等三维特征。

十多年来，Cheng和他的团队通过结合人体计算机断层扫描(CT)扫描和组织学原理，以更高的3D分辨率对小生物和组织进行成像，开发出了这项技术。

X射线组织断层扫描使用与人CT扫描相同的原理。CT涉及拍摄一系列受试者的X射线，每个X射线的角度略有不同。然后，计算机程序使用这组X射线来创建3D图像。“

Keith Cheng博士，宾夕法尼亚州立大学医学院病理学，药理学和生物化学与分子生物学教授

Cheng实验室此前曾使用micro-CT(一种较小规模的人类CT)对小型生物和组织进行成像。芝加哥大学放射学副教授PatrickLaRivière向Cheng介绍了使用强大的X射线源同步加速器，这使得研究团队能够以更高的分辨率和更快的成像时间来增强他们的微型CT扫描。基于同步加速器的微型CT可能有助于病理学家有一天回答如下问题：

患者患有该疾病的个体特征是什么?有多少病变细胞?基于我所看到的个性化治疗方案是什么?

经过十年优化样品制备和成像，该团队创建了年轻斑马鱼的3D重建，可以从整个生物体到细胞水平进行检查。选择斑马鱼开发这项技术是因为它们从幼虫到成虫的大小几乎与医生用于评估癌症肿瘤的样本相同。Cheng说，回答类似问题所需的技术尚未商业化，因此他和一个工程师，物理学家，数据科学家和生物学家团队开始自己开发这项技术。

根据Cheng的说法，研究人员和临床医生现在可以检查以前无法使用传统组织学研究的3D形状，体积，位置和细胞数等特征。该技术将允许病理学家在染色和制备后研究完整的组织样本。不再需要从整个样品中切出一片组织。

由于图像清晰度和分辨率的提高，临床科学家可以评估细胞的微观和三维特征。

“我看到的组织的美丽和复杂性令人费解，”Cheng谈到了eLife期刊6月11日发表的研究图片。

结合成像的计算工具允许计算和编目细胞的大小，形状，体积和密度。该能力使得能够以新颖的方式研究疾病病理学的特征，这可以改善临床护理并促进药物发现。

计算机技术的进步允许处理和查看斑马鱼的大图像文件 - 每个100千兆字节。研究人员可以同时检查器官系统，组织或细胞水平的疾病特征，逐片切片或3D背景。他们甚至可以使用虚拟现实游戏玩家使用的相同技术来观察生物体的细胞结构并与之相互作用。

Cheng团队未来的研究旨在提高该技术的分辨率，样本量，吞吐量，分析能力和可访问性。