明场与定量相位成像的无标记观察
2024 年 9 月 27 日，Scientific Reports 发表脑类器官无标记成像研究。佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）与埃默里大学（Emory University）团队将明场观察和定量斜向背照明显微成像（quantitative oblique back-illumination microscopy，qOBM）结合，比较整体外形与内部光学特征。
qOBM 利用组织折射率差异形成相位对比，无需预先添加荧光标签。
团队还将成像接入可自动更换培养液的封闭式流体培养装置，使组织能够在培养环境内接受观察。明场图像用于测量整体外形，qOBM 则观察细胞及近表面结构，二者覆盖不同的空间尺度。
5 个细胞系的外形与近表面结构比较
研究在 6 周培养期间多次成像，比较 3 个结节性硬化症相关细胞系与 2 个健康对照细胞系形成的脑类器官。相关疾病涉及 TSC 基因功能受损及 mTOR 信号过度活跃。研究汇集了流体装置和常规培养条件下的部分观察资料，各时间点的样本数量并不完全相同。
两组直径随培养逐渐接近，圆度等整体形态指标没有持续的组间平均差异。qOBM 则显示，疾病模型表面有更多褶皱和裂隙样结构，这些特征随时间保留，而对照组逐渐减少。
整体均值相近时，个体差异仍然存在：第 4–6 周，疾病模型长短轴比的分布更分散。近表面图像还显示，沿褶皱和裂隙排列的细长细胞在疾病模型中持续存在，对照模型中的这类特征则随分化逐渐减少。
光学信号与组织染色互相补充
在距表面约 190 微米以内的成像范围中，第 3 周以后疾病模型的神经玫瑰花结较多，细胞排列更紧密，后期管腔也更偏离结构中心。这里的计数限于实际成像区域，完整类器官内部的结构仍需其他成像方式补充。
疾病模型的高折射率物质增加更快，到第 6 周出现显著组间差异；同一个类器官内部也存在不同区域的信号差别。后续组织切片的油红 O 染色显示，在第 24 天和第 42 天，疾病模型中的阳性脂质颗粒均多于健康对照。
进一步区分脂质种类与细胞来源
高折射率信号可能同时包含脂质、核内物质及其他结构；油红 O 染色主要显示中性脂质，难以区分具体脂质种类。
作者计划结合脂质组学，确认哪些脂质和细胞类型参与这些变化，并进一步比较无标记成像与分子检测结果。
研究中的脂质验证使用了有限数量的切片样本。团队尝试将完整组织的免疫染色与光学图像逐一区域匹配，但尚未成功；后续需要更合适的标记与对照方式，确认无标记信号所对应的具体细胞结构。