组织病理标本中胶原的偏振成像：对刚果红和皮克罗西利红染色的胎盘与皮肤的研究

看见体内支架的隐藏图案

胶原是身体的结构性支架，构成器官、皮肤和瘢痕的形态。医生常通过普通显微镜下的染色来评估其状况，但这些观察往往主观且容易漏掉细微变化。本研究探索了一种更客观的“看见”胶原的方法，通过追踪偏振光穿过组织时如何被扭曲和打乱来实现。工作聚焦于人类胎盘、正常皮肤和瘢痕疙瘩，并比较了两种常见染料——刚果红和皮克罗西利红，以揭示胶原的排列方式及其在疾病中的变化。

为什么光的方向在组织中很重要

许多生物分子对光的相互作用取决于其方向性，这一性质称为各向异性。例如，胶原纤维有点像一排排微小晶体，会以特定方式弯曲偏振光。传统的偏振显微镜可以在黑暗背景上突出明亮的纤维，但这些观察主要是定性的，并高度依赖观察者。作者采用的是定量偏振显微术，测量光的完整偏振状态——在每个像素上光的方向与“旋转”如何变化。由这些测量可以计算相位迟滞（光波被延迟的程度）和去偏振（有序偏振丧失的程度）图，将不可见的胶原结构转化为数值和色码图像。

一种新型偏振显微镜

为实现该目标，团队构建了一台专用显微镜，使用两个光弹性调制器和锁相检测方案。简单来说，他们以已知频率有节奏地“摇动”入射光的偏振，并将相机与这些节律同步。这使他们能够从背景噪声中分离出非常微弱的偏振信号，捕获描述偏振光的完整斯托克斯参数。通过这些参数，他们计算出方位角（方向）、椭圆度（偏振变得多圆）、相位迟滞和去偏振的图谱。不同于标准交叉偏振片，该系统不仅显示对齐的纤维，还能检测组织结构的无序或复杂性，并在保留细微显微细节的同时覆盖大区域。

胎盘、皮肤与瘢痕揭示的内容

研究者将此方法应用于人类胎盘、正常皮肤和瘢痕疙瘩的薄切片，每种样本分别用刚果红或皮克罗西利红染色。在胎盘中，他们发现相对较低但呈斑块状的双折射和去偏振，胶原在血管周围形成环状。这些微弱的血管周围图案在标准交叉偏振图像中仅能看到弱提示，但在相位迟滞和去偏振的变化中被清晰捕捉到。在正常皮肤，尤其是深部真皮，这两项测量值明显更强，反映出更粗、更成束的胶原纤维。表层显示出来自表面角质和深层真皮胶原的不同特征，与已知皮肤结构相匹配，现在则以定量形式呈现。瘢痕疙瘩为过度生长且无序的瘢痕，其表现更为明显：相位迟滞升至约1.4弧度，去偏振接近0.96，表明胶原网络比周围正常真皮更致密、更粗且更混乱。

不同染料如何改变观察结果

团队还比较了两种与胶原相互作用不同的常用组织学染料。皮克罗西利红产生的相位迟滞信号比刚果红高三到四倍，证实其通过沿纤维排列增强胶原的双折射性。相比之下，刚果红对胶原的选择性较弱，也能结合包括淀粉样蛋白在内的其他蛋白，导致对胶原的增强作用较弱。有趣的是，尽管皮克罗西利红放大了双折射信号，两种染料在去偏振上的差异较小，这强调了染料的化学性质主要改变了胶原方向性效应的可见度，而非组织底层的无序程度本身。

从研究工具到诊断辅助手段

对普通读者而言，关键信息是该技术改变了病理学家观察组织的方式。与单凭肉眼判断胶原的明暗或颜色不同，定量偏振显微术为其有序程度、粗细和破坏程度赋予了数值。研究表明，该方法能区分正常与瘢痕皮肤，突出胎盘中细微的胶原模式，并澄清不同染料如何影响可见信息。展望未来，这类测量可用于跟踪早期疾病变化、指导数字图像分析和机器学习工具，甚至可能在未染色组织上发挥作用。本质上，作者证明了经过精确控制的偏振光可以作为探测体内显微支架的灵敏工具，为理解组织如何构建和破坏提供了更客观的视角。

引用: Mappa, G., Miklavc, P., Cummings, M. et al. Polarimetric imaging of collagen in histopathology specimens: an investigation of congo red and picrosirius red-stained placenta and skin. Sci Rep 16, 12441 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37711-8

关键词: 胶原成像, 偏振光显微镜, 组织病理学, 瘢痕疙瘩（瘢痕疙瘩）, 皮克罗西利红