黑色素瘤类器官的三维体积测量
2025 年 6 月 4 日，Advanced Science 发表一项黑色素瘤类器官成像研究。中南大学（Central South University）等机构团队开发无标记光声系统，通过直接重建组织的空间形态，研究体积变化能否为药物响应提供更准确的信息。
传统显微图像通常显示类器官的二维轮廓，再按近似几何形状估算体积。药物处理后，类器官可能收缩、解体或形成不规则边缘，此时单一直径与真实三维大小不一定同步，尤其难以描述残留的非球形结构。
黑色素瘤为这项方法提供了具体的信号来源：黑色素可以吸收光并产生光声信号。无标记成像利用了黑色素的这一特征。
光声信号重建三维结构并计算体积
系统让短脉冲光作用于样本，将光吸收产生的声学信号收集、放大及数字化，再重建三维图像。扫描获得不同位置的信息后，研究按离散体素计算整体体积，使估计不再完全依赖一个规则球体的外形假设。
论文采用与黑色素吸收相适应的 532 纳米波长，并以碳纤维材料检查成像分辨率。所报告的横向分辨率为 7.5 微米，轴向分辨率约为 56.26 微米；两者描述不同空间方向的测量能力。
研究还重建了不同类器官的三维形态，比较高度、边界和各层截面。二维投影中相似的组织，可以在三维图像中呈现不同的体积和轮廓。
碳纤维的轴向位置还用于检查三维定位。重建位置与实际移动位置呈线性关系，决定系数为 1、斜率接近 1。两组类器官各选取 3 个样本计算体积，并以光学显微图像核对外形。
2 种化疗药物的体积与细胞活性比较
团队分别测试顺铂和替莫唑胺，比较不同处理条件下的类器官结构、体积和细胞活性。三维图像显示收缩及组织解体，分层图像还能观察受影响区域的位置，随后将这些变化与活性及活死细胞染色结果对应。
随药物浓度提高，类器官体积与细胞活性总体下降。在低、中、高三档比较中，顺铂组体积分别为替莫唑胺组的 24.9%、28.3% 和 46.4%。部分条件下体积变化已较明显，而活性变化尚不明显。
顺铂实验中，光声体积与活性的相关系数为 0.8627，基于传统直径估算的结果为 0.8190。替莫唑胺对应的两项结果为 0.9069 和 0.7849，直接三维测量在这两组比较中均与活性趋势更接近。
原文展示了一对二维投影面积相近的类器官：一个来自对照组，另一个接受低浓度替莫唑胺处理。光声成像测得后者的三维体积较小，呈现出二维面积比较难以显示的高度差异。
独立的活死细胞染色与常规活性检测呈现相同的变化趋势。
免疫细胞作用后不规则组织的体积分析
研究进一步观察患者来源黑色素瘤类器官与免疫细胞相互作用后的变化。未经处理的模型维持相对稳定形态，受干预模型出现体积减少及不规则残留结构，空间重建用于描述这些难以规则几何近似的组织。
活性检测同样显示免疫细胞处理组的细胞活性下降，与光声测得的体积减少相一致。
不规则组织使单一直径估算尤其容易受测量方向影响。基于体素的计算可以将不同高度及局部残留纳入同一体积分析，让模型在药物或免疫细胞作用后仍有可追踪的三维形态指标。
作者计划结合荧光成像、免疫细胞浸润标志物和组织学分析，进一步研究体积减少的原因；同时改进扫描速度，以适应更多类器官样本的评价。
这套测量仍受到组织光学性质限制：较大的类器官难以完整成像，散射和吸收会限制探测深度。黑色素为本研究提供了较强内源信号；缺少色素的肿瘤或非肿瘤类器官，可能需要不同成像条件才能达到类似灵敏度。