以折射率重建活细胞的三维结构
2024 年 7 月 25 日，Nature Reviews Methods Primers 发表 Holotomography。韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）等机构作者介绍全息断层成像（holotomography，HT）的原理、应用和数据质量问题，并讨论它如何用于三维细胞培养、类器官药物筛选与毒性测试。
HT 以样本自身的折射率（refractive index，RI）形成对比，结合多组二维光学测量重建三维折射率分布。细胞和亚细胞结构由此可以在不预先添加外源染料的条件下被观察。这有利于在同一活样本中连续追踪结构变化，减少仅为观察不同时间点而进行的终点取样。
连续观察同一类器官的结构变化
作者将三维培养和类器官列为重要应用。类器官体积较大、结构紧密，常规成像可能需要较多样本处理；外源标记也可能影响活性，使长时间毒性观察更复杂。HT 可以提供细胞间空间关系及组织内部结构的定量信息，已有应用涉及三维血管形成和肿瘤球状体。
文中图 6 展示肝类器官的时序成像：最初可以辨认细胞边界、细胞核与核仁，20 分钟后的图像中可见邻近细胞的分裂过程。另一个面板把 HT 与三维荧光图像对应，利用肌动蛋白和细胞核标记帮助识别单个细胞。这些图像用于展示活组织的连续观察与两类信号的对应。
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药物研究可利用细胞物理状态的变化
在药物相关应用中，综述列举了用时序成像观察纳米药物抑制泡沫细胞脂滴积累，以及评估纳米颗粒和光动力治疗对癌细胞的作用。这些例子说明，HT 可以围绕既定研究问题，记录细胞内部结构和物理状态如何变化。类器官部分则把保持活性、连续观察与未来药筛和毒性测试联系起来。
HT 的定量输出包括体积、干质量和质量密度等。若进一步与荧光或振动光谱等方法关联，还可把物理信息与分子组成联系起来。研究者因此有机会比较同一模型在多个时间点的变化，也能检查某种形态或密度变化究竟对应哪些细胞结构。
关联成像补充细胞结构的分子信息
折射率并不直接提供充分的分子特异性。作者介绍，将 HT 与荧光显微成像关联，可在三维结构中定位具体细胞器或蛋白，再提取相应区域的物理参数。振动光谱则提供另一类分子组成信息，例如脂质与蛋白相关信号。
关联成像本身也有数据匹配要求。不同成像方式的空间分辨率可能不同，测量时间也要与样本变化速度相适应。研究者需要合理安排两类测量的时间，并在比较前匹配空间分辨率，以便准确对应同一细胞结构。
跨仪器比较需要关注光学条件与校准
作者指出，照明波长、光学系统数值孔径和相机灵敏度，都会影响三维图像的分辨率与信噪比。不同设备的像差还可能带来各自的伪影，改变局部折射率测量或遮蔽结构细节。折射率测量的可比性因此受到具体光学系统的影响。
跨设备检查也存在实际困难：可用于校准的三维实物标准仍较少。用于药研模型时，需要同时检查图像获取条件和后续分析，才能判断不同系统的数据是否具有可比性。
类器官药筛还受深度与通量制约
较厚组织会出现多重散射和样本引起的光学畸变。作者讨论的低相干实现可把观察深度延伸至约 100–150 微米，但在其所述条件下，高保真成像仍主要受限于约 50 微米以内。常见类器官的尺寸约为 100 微米至 1 毫米，在这些条件下，可高保真重建的区域通常小于整个类器官。
作者把更快采集、同时扫描多个类器官，以及改善高密度组织中的成像条件，列为后续方向。HT 在类器官药研中的作用，需要结合实际观察深度、样本尺寸、分子特异性和处理通量来确定。这些条件也是将连续成像接入药物评价时需要解决的具体问题。