《Scientific Reports》：Laboratory-based cellular-level correlative visible-light and X-ray microscopy for 3D evaluation of mouse kidney biopsy
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为攻克传统组织病理学在三维结构分析上的局限，研究人员引入一种新的实验室关联可见光与X射线显微术（CLXM）。该研究将石蜡增强对比的X射线显微术（XRM）与可见光显微镜（LM）精确关联，应用于5/6肾切除模型小鼠的肾脏活检样本，以三维、无创的方式在细胞水平评估肾小球细胞增多病变。研究发现XRM图像中的高不透明度颗粒对应肾单位（包括肾小球和肾小管）中的细胞核，并通过多模态图像互补识别出系膜细胞聚集形成的三种病变，测得单个系膜细胞在病变中体积约为100 μm3。此项工作证明了实验室XRM技术在实际临床活检样本的细胞级三维评估中具有应用潜力。
在生命科学和临床病理学领域，深入了解器官组织的微观三维结构对于疾病机制研究和诊断至关重要。传统上，组织样本的评估主要依赖于可见光显微镜（LM）下的二维切片观察，这种方法虽然能提供丰富的细胞形态和染色信息，但无法保留样本完整的三维结构，且在切片过程中可能引入物理损伤。另一方面，X射线显微术（XRM）作为一种新兴的无损成像技术，能够对完整样本进行三维扫描，但以往其在生物样本中的应用常受限于组织自身的低对比度，难以在细胞水平清晰成像。那么，能否将这两种技术的优势结合起来，在不破坏珍贵临床样本的前提下，实现细胞级精度的三维病理评估呢？这正是发表在《Scientific Reports》上的一项研究所要回答的核心问题。
为了回答上述问题，研究团队开展了一项聚焦于肾脏病变评估的创新成像研究。他们引入了一种新的实验室关联可见光与X射线显微术（Correlative Light and X-ray Microscopy, CLXM）工作流程。该研究的关键在于利用了一个有趣的发现：常规组织学处理中使用的石蜡，不仅用于包埋固定，还能作为一种组织对比度增强剂，显著提升未染色生物样本在XRM成像中的信噪比。研究人员将这一技术应用于一个特定的疾病模型——5/6肾切除小鼠的肾脏活检样本，旨在三维水平评估其肾小球细胞增多病变。
开展此项研究主要依赖于几个关键技术方法。首先是实验室X射线显微术（laboratory-based XRM），它作为核心三维成像工具。其次是石蜡介导的对比度增强（paraffin-mediated contrast enhancement） 技术，这是实现细胞级XRM成像的关键前提。第三是关联成像流程，即对同一份肾脏活检样本，先进行XRM三维成像，随后在完全相同的空间位点上进行可见光显微镜（LM）成像，从而实现两种模态图像的像素级精确比对。研究所用的样本队列来源于5/6肾切除模型小鼠的肾脏活检组织，该模型常用于模拟慢性肾脏病相关的病理变化。
研究结果
CLXM流程的建立与图像对比
研究人员成功建立并实施了实验室级的细胞水平CLXM流程。通过精确关联XRM和LM对同一区域的成像结果，他们能够直接比较两种模式下的图像特征。分析发现，在XRM三维图像中呈现为高不透明度颗粒（high-opacity particles） 的结构，经过与LM图像的比对，被确定为分布在肾单位多个部位（包括肾小球和肾小管）的细胞核。这一发现验证了石蜡增强XRM在识别细胞核位置方面的有效性。
肾小球病变的三维识别与分割
利用LM和XRM图像的互补信息，研究人员成功识别并分割出了三种不同的病变区域。这些病变在三维空间中被鉴定为系膜细胞（mesangial cells）的聚集。多模态关联分析的优势在于，它能结合LM提供的细胞类型与形态线索，以及XRM提供的三维空间分布信息，从而更准确地进行病变界定。
系膜细胞病变的三维形态计量学分析
在识别出系膜细胞聚集病变的基础上，研究进一步对这些病变进行了三维形态学定量分析。测量结果显示，在这些特定的病变区域内，一个系膜细胞所占的体积大约为100 μm3。更重要的是，不同病变在三维形态上展现出差异，这提示XRM能够揭示传统二维切片无法观测到的病变空间构型异质性。
研究结论与讨论
本研究成功开发并应用了一种基于实验室的关联可见光与X射线显微成像方法，用于对小鼠肾脏活检样本进行细胞水平的三维评估。核心结论表明，常规组织学使用的石蜡可有效增强生物样本的X射线对比度，使得实验室XRM能够以细胞核为识别标志，实现对未染色样本的三维可视化。通过关联成像，研究证实XRM图像中的高不透明度颗粒对应于细胞核，并利用该技术成功在三维空间识别和分析了肾小球内系膜细胞聚集形成的病变，实现了单个细胞体积（约100 μm3）的测量和病变三维形态的表征。
这项研究的意义重大。它首次在实验室环境下（无需大型同步辐射装置）实现了对完整临床活检样本的细胞级三维成像与评估，标志着XRM技术向实际病理诊断应用迈出了关键一步。所建立的CLXM流程为病理学家提供了一个强大的新工具，能够在保留样本的前提下，获得关于病变空间分布、细胞三维排列和体积的定量信息，这对于理解肾脏疾病（如肾小球肾炎）的复杂三维病理结构具有重要价值。研究结果强有力地支持了实验室XRM技术在未来的生物医学研究和临床病理学实践中，作为一种常规、实用的三维评估工具的可用性。
