超高场动物磁共振成像系统的技术更新 学术背景 动物磁共振成像（MRI）系统在临床前研究中具有重要地位，通常比传统的人类MRI系统提供更优越的成像性能。然而，由于系统组件的多样性和集成调试的复杂性，实现这些系统的高性能具有挑战性。特别是，超高场动物MRI系统需要生成极高的磁场强度和梯度磁场，同时确保磁场的均匀性和稳定性。此外，系统的安装、维护和调试也需要考虑磁场屏蔽、机械耦合和热管理等多个方面。尽管市场上已有一些商业化的动物MRI系统，但关于硬件性能（如超导磁体和梯度线圈）的最新技术更新仍然缺乏详细的报道。 本文由Yaohui Wang、Guyue Zhou、Haoran Chen、Pengfei Wu、Wenhui Yang、Feng Liu和Qiuliang Wang共同撰写，发表于202...

学术背景 电压成像（voltage imaging）是一种用于研究神经元活动的强大技术，但其有效性通常受到低信噪比（SNR）的限制。传统的去噪方法，如矩阵分解，对噪声和信号结构施加了严格的假设，而现有的深度学习方法未能完全捕捉电压成像数据中固有的快速动态和复杂依赖关系。为了解决这些问题，本文提出了一种名为CellMincer的新型自监督深度学习方法，专门用于去噪电压成像数据集。CellMincer通过掩码和预测短时间窗口内的稀疏像素集，并结合预计算的时空自相关来有效建模长程依赖关系，从而显著提高了去噪效果。 电压成像利用荧光报告分子（如小分子染料或基因编码的蛋白质）来测量电活性细胞的膜电位。与传统的膜片钳电生理学（patch-clamp electrophysiology, EP）相比，电压...

学术背景 杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）是一种遗传性肌肉疾病，是日本最常见的肌营养不良类型。DMD 由 X 染色体上的 dystrophin 基因突变引起，导致肌肉纤维中缺乏或缺陷的 dystrophin 蛋白，进而引发肌肉纤维膜通透性增加、钙离子内流、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）产生以及细胞坏死等一系列复杂事件。慢性肌肉退化导致炎症细胞持续积累，进一步加剧疾病进展。目前，DMD 的诊断主要依赖于体格检查、家族史和实验室检测，分子诊断技术如微阵列和肌肉活检也被广泛应用。然而，DMD 的病理生理机制复杂，涉及炎症、线粒体功能障碍和氧化还原状态失调等多个方面，因此，如何非侵入性地评估 DMD 患者的局部炎...

随机结构照明显微镜（S2IM）：无扫描超分辨率成像技术的研究报告 学术背景 在超分辨率显微镜领域，传统的结构照明显微镜（Structured Illumination Microscopy, SIM）技术依赖于精确的机械控制和微米级的光学对准，以实现高分辨率成像。然而，这种技术要求复杂的硬件设备和高精度的操作，限制了其在某些应用场景中的使用，尤其是在需要长工作距离或非侵入性成像的环境中，如眼科检查、天文观测或活性物质研究。为了解决这些问题，意大利理工学院（Italian Institute of Technology）的研究团队提出了一种新的超分辨率成像方法——随机结构照明显微镜（Stochastically Structured Illumination Microscopy, S2IM）...

学术背景与问题提出 线粒体作为真核细胞中至关重要的细胞器，参与了细胞的能量代谢、信号传导以及细胞生存与死亡的调控。线粒体功能障碍与多种人类疾病相关，包括神经退行性疾病、心血管疾病、糖尿病和癌症等。因此，研究线粒体的动态变化对于理解其生物学功能及其在疾病中的作用具有重要意义。然而，传统的电子显微镜（EM）虽然具有极高的空间分辨率，但只能用于固定样本，无法捕捉线粒体的动态变化。荧光显微镜虽然可以用于活体样本的观察，但其分辨率有限，尤其是在三维（3D）重建和长时间成像中，光漂白（photobleaching）问题严重影响了定量分析的准确性。 光漂白是指荧光分子在光照下发生不可逆的化学变化，导致荧光信号逐渐减弱的现象。这一问题在长时间成像中尤为突出，限制了线粒体等细胞器的动态研究。尽管已有多种方法试...

结直肠癌肿瘤微环境的多模态成像研究：揭示空间异质性 学术背景 结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其复杂性和异质性使得治疗和预后预测极具挑战性。肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）在癌症的进展、转移和治疗反应中扮演着关键角色，尤其是细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）中的胶原蛋白（collagen）对肿瘤病理生理学的影响尤为显著。然而，传统的组织学、结肠镜检查和分子筛查等方法无法全面表征肿瘤组织的空间复杂性，如癌症蛋白质组、胶原蛋白结构和细胞核分布的相互作用。 为了更深入地理解结直肠癌的异质性，本研究提出了一种多模态成像策略，结合双光子激光扫描显微镜（Two-Photon Las...

快速3D成像在数字细胞病理学中的应用：多相机阵列扫描仪（MCAS） 学术背景 光学显微镜长期以来一直是细胞病理学诊断的标准方法。然而，传统的全片扫描仪虽然能够自动成像并数字化大面积的样本，但其速度慢、成本高，因此并未广泛普及。特别是在细胞学样本的临床诊断中，样本通常分布在大面积且较厚的区域，这要求进行3D成像。现有的全片扫描技术在处理厚样本时，往往需要数小时才能完成扫描，这极大地限制了其在临床中的应用。因此，开发一种能够快速、高效地对厚样本进行3D成像的技术成为了细胞病理学领域的一个重要挑战。 本文提出了一种新型的多相机阵列扫描仪（Multi-Camera Array Scanner, MCAS），旨在解决这一难题。MCAS通过并行化的显微镜设计，能够在极短的时间内对大面积、厚样本进行高分辨...

学术背景 三维（3D）高分辨率大体积成像一直是生物医学领域的一个重大挑战。传统的二维（2D）切片成像虽然能够提供组织和细胞的平面形态学信息，但无法全面展示内部的三维结构信息，这对于癌症诊断和胚胎发育研究至关重要。传统的3D组织学方法通常需要手动切割和染色数千张薄片，耗时且劳动密集。此外，还需要复杂的图像配准算法来恢复不同切片之间的空间信息。为了解决这些问题，近年来出现了多种自动化的3D光学成像技术，主要分为两类：一类是通过组织透明化技术减少光在生物组织中的传播问题，另一类则是通过块面连续切片断层扫描（BSST）技术扩展成像体积。 然而，现有的3D成像技术仍然存在一些局限性。例如，组织透明化技术需要在透明效果和时间之间取得平衡，以防止组织降解；而BSST系统虽然能够生成对齐的图像，但其整体复杂...

饮食锌对健康与恶性小鼠前列腺锌分泌的MRI成像影响 学术背景 锌（Zn²⁺）是生物体中不可或缺的微量元素，参与多种生理过程，包括酶的催化作用、转录因子的结构调控、免疫系统的调节以及细胞增殖、分化和存活等。前列腺是人体中锌含量最高的组织之一，而前列腺癌（Prostate Cancer, PCA）患者的锌水平显著下降。这一现象引发了研究者对锌在前列腺健康与疾病中作用的关注。近年来，锌响应性MRI探针GdL1的开发使得通过MRI成像检测锌分泌成为可能，尤其是在葡萄糖刺激下锌分泌（Glucose-Stimulated Zinc Secretion, GSZS）的研究中，GdL1能够区分健康与恶性前列腺组织。 然而，饮食中锌的摄入量存在较大差异，可能影响前列腺组织中锌的含量及其分泌能力。因此，本研究旨...

无铀KMnO₄/Pb染色在低真空扫描电镜中实现组织结构的成像 学术背景 电子显微镜（Electron Microscopy, EM）是研究细胞和组织超微结构的最强大工具之一。然而，传统的生物样本金属染色方法通常需要使用有害的铀化合物，这限制了电子显微镜的广泛应用。近年来，随着超分辨率荧光显微镜的发展，许多细胞生物学家转向免疫细胞化学技术，但荧光标记仍然是这些技术的基础。因此，电子显微镜观察仍然是不可或缺的方法，并且在不断发展的设备和方法中，电子显微镜在生物学中的应用也在不断扩展。 低真空扫描电子显微镜（Low-Vacuum Scanning Electron Microscopy, LVSEM）允许对非导电样本进行高分辨率成像，因为它可以通过残余气体分子中的正离子中和非导电材料上积累的负电荷...