利用未染色胶原切片散射光的新型组织学观察方法

为何观察看不见的纤维很重要

我们的皮肤、肌腱和许多器官都由胶原蛋白——一种坚韧如绳索的蛋白质——将组织连结在一起。当这些胶原纤维受损或重排时，会形成瘢痕并导致组织变硬，这一过程称为纤维化，是肝硬化、心力衰竭和皮肤老化等多种常见疾病的基础。然而，医生和研究人员仍难以看清胶原在疾病过程中如何发生细微变化，因为现有成像工具往往速度慢、成本高或需要复杂的染色。本研究提出了一种新方法，利用普通光和巧妙的图像处理来观察常规实验标本中的胶原，有望使对纤维的精细分析更易普及。

用散射光看见新细节

研究人员把注意力放在标准病理标本上：固定并包埋在石蜡中的小鼠皮肤薄片，就像医院每天检查的组织那样。他们没有对这些切片进行化学染色，而是保持其未染状态，采用一种称为散射角分辨生物成像（scattering angle-resolved bioimaging，SARB）的技术。简言之，当光穿过组织时，一部分光直接通过，另一部分则会根据遇到的微小结构向不同方向散射。SARB 在常规显微镜下投射一个精细的棋盘状光图案，通过移动该图案并分析图像随之的变化，利用数学方法分离出以不同角度散射的光。这使普通显微镜能在无需染料的情况下“读取”微妙的结构差异。

将普通切片变为丰富的结构图

在厚度为4微米的小鼠皮肤切片上使用 SARB，团队可以清楚看到主要的皮肤层和毛囊，但真正的收获在于真皮中胶原束的内部。通过把图像分离为以窄角度、中等角度和宽角度散射主导的成分，然后将这些成分分别映射到红、绿、蓝三个颜色通道，他们创建了复合视图，在其中不同的散射特征以不同颜色呈现。那些在标准苏木精-伊红（H&E）染色下看起来均匀苍白的胶原束，在 SARB 图像中则显示出内部的条纹和斑点，暗示出常规光学显微镜通常看不到的更细微子结构。

与电子显微镜比对验证

为了检验这些彩色散射图案是否确实反映了真实的纤维结构，同一样本随后用扫描和透射电子显微镜进行了观察，这类显微镜可以分辨单个胶原纤维原纤维。SARB 揭示了胶原束内的两种主要内部模式：线状条纹和点状斑点。电子显微镜显示，条纹状的 SARB 区域对应的是纵向观察到的胶原原纤维，而点状区域则对应于横截面的原纤维换句话说，尽管 SARB 无法看到单根原纤维，它能反映出原纤维在束内的总体取向和组织方式。这在散射信号与真实微结构之间建立了关键联系，证明 SARB 不仅仅是令人赏心悦目的着色技巧。

观察胶原如何随年龄松散

接着，研究团队考察了 SARB 是否能检测到胶原随衰老的已知变化。将年轻与年老小鼠的皮肤进行比较，传统的皮克罗西利乌斯红染并在偏光下观察主要显示的是胶原类型的变化——从一种类型向另一种类型的转变——但对纤维排列提供的信息有限。相比之下，SARB 显示老年皮肤中胶原束之间的间隙更大且内部散射信号更少，提示原纤维可能更松散或更无序。电子显微镜的结果支持这一印象，显示老年动物的纤维更不规则。通过将 SARB 图像转换为黑白图并测量强散射区域的比例，研究者发现年老小鼠的“高散射面积”比率显著更低，提供了一个简单的数值来追踪结构性衰退。

从实验室奇思到实用工具

由于 SARB 建立在常规透射光显微镜之上，仅需增加一个有图案的滤光器和相机，理论上可以部署到许多已经处理石蜡包埋组织的实验室。它避免了耗时的染色，减少了实验室间的变异，并能产生既可视化又可量化的胶原组织读数。尽管还需更多工作将特定的散射特征与确切的纤维厚度、密度和三维排列对应起来，本研究表明来自未染切片的散射光可以作为胶原健康的灵敏无标记标志。未来，SARB 有望用于筛选抗纤维化或抗衰老治疗、监测伤口愈合，甚至在癌症中早期发现组织变化——所有这些都是通过从病理学家已经制备的切片中提取新的结构信息来实现的。

引用: Otaki, M., Shimano, M., Asano, Y. et al. Novel histological observation method using the scattered light of unstained collagen sections. Sci Rep 16, 7574 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38504-9

关键词: 胶原成像, 纤维化, 皮肤老化, 光散射, 显微镜学