无标记的全层断层成像技术用于脑髓鞘的研究

《Scientific Reports》：Label-free holotomographic imaging of brain myelin

　　

摘要

定量评估髓鞘的完整性对于理解脱髓鞘疾病和评估再髓鞘化疗法至关重要。透射电子显微镜（TEM）是测量g比率的金标准，但该方法速度较慢、操作繁琐且会对样本造成破坏。在这里，我们介绍了一种快速且无需标记的技术，该技术结合了全息成像技术与基于点扩散函数的模型，用于推断小鼠胼胝体冰冻切片中的轴突直径、髓鞘厚度和g比率。我们的系统能够在每45秒内捕获每个视野的100张不同倾斜角度的全息图像，并重建出具有335纳米横向分辨率和2.2微米轴向分辨率的三维折射率图。通过对同心折射率曲线进行建模，可以提取轴突直径和髓鞘厚度，并估算出低于光学分辨率极限的g比率值。我们在卵磷脂诱导的脱髓鞘及随后的再髓鞘化过程中验证了该技术的特异性。通过对160根野生型小鼠的轴突进行分析，全息成像得出的平均g比率约为0.736，与同一品系的TEM测量结果（0.721）非常接近。再髓鞘化后，g比率上升至0.740，而对照组织的g比率仍为0.704，这证明了新形成的髓鞘较为薄。因此，全息成像为定量髓鞘形态学研究及再髓鞘化化合物的筛选提供了一个经济高效、高通量的平台。