类器官是一种具有与真实器官相似结构和功能的微型简化版的体外模型，主要用于研究发育、体内稳态、疾病发生发展及再生医学等领域，是当下相当热门的体外模型之一[1]。而类器官成像也成为可视化和了解类器官自身组织、对称破裂、生长和功能的不可或缺的手段[1]。
类器官成像有诸多难点，例如光毒性影响类器官发育过程、成像范围小无法覆盖整个类器官等。接下来，我们将针对不同的类器官应用来介绍相应的成像方法以获取类器官不同维度的信息。
应用一：监测细胞命运决定
与形态发生和生物物理研究
难点1：
在类器官定向分化过程中，如观察肠道类器官标志物LGR5表达的动态变化[2]，因干细胞分化和类器官发育等生理过程对光很敏感，对活细胞培养条件有严格要求，且类器官有一定体积，共聚焦等常用显微镜类型无法满足这些综合性需求。
解决方案1：
蔡司激光片层扫描显微系统 Lightsheet 7（查看更多）利用其低光毒性和精准、稳定的培养系统与大视野高通量成像[3]的特点记录整个类器官的发育过程，可以捕捉LGR5基因表达从无到有、细胞分化和细胞极化等过程[4]。
▲ 利用蔡司 Lightsheet 7拍摄的活体神经元类器官，样品来自上海科技大学吕鹏飞课题组
难点2：
类器官分化过程会涉及到形态发生如极性获取、官腔形成和上皮折叠[2]，其中上皮折叠在脑类器官中较为常见，但想要捕捉到此类现象是极具挑战性的，因为其极易受到光毒性的干扰导致分化失败。
解决方案2：
蔡司晶格层光显微成像系统 Lattice Lightsheet 7（查看更多）以极低光毒性和极快速度实现三维时间序列成像，可无损实时快速捕捉真实的类器官发育和生理活动过程。
▲ 球状体
难点3：
随着类器官分化，类器官因其体积大与厚度产生散射，从而无法快速成像整个类器官，无法捕捉类器官深层信号，导致无法观察类器官内部的精细结构。
解决方案3：
蔡司Lattice SIM超高分辨率成像家族满足类器官及其亚细胞结构甚至蛋白分子的跨尺度超高分辨率成像，优异光学切面无惧散射，能够将类器官深层信息进行精细解析，最终实现从组织到蛋白分子的一览无余。
▲ 利用蔡司 LatticeSIM3拍摄的球状体。绿色为线粒体（Mito Tracker Green），红色为细胞核（NucRed Live 647）
应用二：大规模筛选
与大图像AI分析
肿瘤类器官的另一应用是药物筛选，其流程包括样本准备、类器官建模与培养、高通量药物筛选。
难点1：
利用肿瘤类器官进行药物筛选的要求是通量大，速度快，能快速反映肿瘤类器官在形态学、基因表达和功能水平上对药物的响应情况。
解决方案1：
蔡司全自动活细胞成像平台 Celldiscoverer 7（查看更多）搭配机械臂可以实现自动上样、自动检测载具、自动聚焦样品且自动实时拍摄类器官的形态和药物杀伤肿瘤类器官的过程。
▲ 人乳腺癌类器官，样品来自S. Gawrzak 和M. Jechlinger,德国海德堡欧洲分子生物实验室（EMBL）
难点2：
在观察类器官的形态和药物杀伤肿瘤类器官的过程中会产生大量图像，其大小可能会达到GB甚至TB级别，使得分析数据时会面临软件无法打开数据或打开数据后软件运行崩溃的问题，导致无法从图像获取更多信息。
解决方案2：
蔡司arivis TB级超大图像AI分析全面解决方案可以轻松分析TB级大型图像数据，交互式高清渲染大型图象数据，其阈值分割、细胞追踪、机器学习和深度学习等模块可分析类器官的体积、形态和细胞数量，不同标志物的表达量及阳性细胞百分比等参数，抽丝剥茧，实现图像利用最大化。
▲ 肠道类器官渲染效果
结语
通过以上应用，相信大家已经对类器官的应用和成像有所了解，蔡司针对不同的类器官应用都有相应的成像解决方案，助力类器官研究发展。
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