高分辨率动态图像全场光学相干显微镜：照亮深层组织内的细胞活动

无染料下观察活细胞的动态

我们对体内细胞的许多认识来自染色和荧光染料，但这些处理可能改变甚至损伤被研究的组织。本文介绍了一种先进的显微镜，可以在不添加任何标记的情况下，直接观察肝脏和肠等器官深处细胞的自然活动。它将微小的内部运动转换成清晰、近似荧光效果的图像，为活体组织提供了一扇新窗口，未来有望帮助临床医生实时诊断疾病。

观察细胞运动的新方法

这项工作的核心技术被称为动态图像全场光学相干显微镜，是一种基于光的成像方式，通过检测从组织内部反射回来的光来成像。与逐点扫描不同，它用相机一次记录整个组织平面，然后快速重复采集。关键思想在于，活细胞从未真正静止：它们的内部成分在使用能量和执行功能时不断位移、振动和重排。这些微观运动随着时间会微妙地改变光信号。通过对每个点的信号波动进行精细分析，系统生成的图像使活动结构凸显，就像在荧光显微镜下看到的一样，但无需任何外加染料。

在浑浊的真实组织中深入探测

在真实器官深处成像很困难，因为组织会散射并扰乱光线，显微镜通常在分辨率与成像深度之间存在权衡。作者对动态图像显微镜进行了重新设计以克服这些限制。他们使用了高数值孔径的100×浸油物镜，可非常有效地收集和聚焦光线，并将其与由激光驱动的特殊白光光源结合。该光源既极其明亮又具有空间非相干性，能够避免许多激光系统中出现的颗粒状干涉条纹（散斑）。借助这一组合，显微镜可实现几百纳米的细节分辨率——足以解析精细的细胞结构——同时仍能在诸如肝脏等强散射组织中达到约120微米的成像深度。一个智能电动参考臂在焦深变化时持续调节光路，确保整个体积内图像对比度保持在较高水平。

揭示肝脏中的隐匿结构

为验证系统，研究者对新鲜小鼠肝脏进行了成像。标准技术版本产生的图像相对平淡：密集排列的肝细胞、模糊的细胞边界和显示细胞核位置的暗区。当切换到动态图像并分析时间波动后，图像发生了显著转变。细胞边界变得清晰；许多肝细胞内出现与线粒体活动一致的丝状网络；穿插于细胞板之间的小血道——窦状血窦——在不同波动速度范围内被点亮。在放大视野中，可辨别单个红细胞以及位于这些通道内的小型活动成分，可能对应血小板或免疫细胞，即便在多层组织深处也能观察到。该方法还通过将慢、中、快三类运动映射为不同颜色，捕捉到了组织各部分波动速率的差异。

窥见肠道的微观景观

团队随后转向小肠，从黏膜（内侧）和浆膜（外侧）两面进行了成像。从黏膜表面，可见排列成指状的绒毛，绒毛顶端由紧密排列的吸收细胞（肠上皮细胞）构成。细胞表面可见细胞核和与微绒毛一致的结构，以及可能的杯状细胞（分泌粘液）和位于下方支持组织中各种高度活跃的细胞。从浆膜侧，显微镜捕捉到被称为肌间神经丛和黏膜下神经丛的复杂神经网络，以及其间穿插的血管。令人惊讶的是，它产生了首批光学相干显微图像，显示位于肠隐窝底部的潘氏细胞——肠道的特殊防御细胞——以及周围的隐窝细胞和可能的支持基质细胞，这些细胞均可通过其动态特征被区分。

这对未来医学的重要意义

通过将高分辨率、扩展成像深度与基于运动的对比结合起来，这一新系统表明可以在不使用任何染料或基因改造的情况下，获得丰富且类似荧光的活体组织图像。它揭示了复杂器官（如肝脏和肠）中细胞的精细结构与活动，显示了血流、潜在的免疫细胞、神经网络以及单个细胞内的区域化活动。经过进一步工程改进以处理运动伪影并优化在活体动物或患者中的访问方式，同样的方法可望被改造成体内成像工具。这将为临床医生提供一种快速、无标记的手段，在手术或诊断过程中实时观察细胞行为，有望实现更早的疾病发现和更为精准的个体化治疗。

引用: Tarvydas, E., Trečiokaitė, A. & Auksorius, E. High-resolution dynamic full-field optical coherence microscopy: illuminating intracellular activity in deep tissue. npj Imaging 4, 21 (2026). https://doi.org/10.1038/s44303-026-00153-y

关键词: 无标记显微镜, 光学相干成像, 肝组织成像, 肠道微结构, 细胞动力学