Tomocube由哈佛大學(xué)-麻省理工學(xué)院和韓國先進(jìn)科學(xué)研究院聯(lián)合建立，儀器采用全息衍射斷層掃描技術(shù)（ODT），利用傅里葉衍射定理，通過(guò)不同照明角度的多個(gè)復數光場(chǎng)重構細胞的三維RI分布，可提供單個(gè)細胞的干重，即細胞內水性組分（包括蛋白質(zhì)和亞細胞器）的質(zhì)量，實(shí)現光學(xué)相位延遲的時(shí)間波動(dòng)，在納米級上研究生物細胞的膜波動(dòng)。此外，3-D RI斷層掃描無(wú)需使用細胞外試劑，簡(jiǎn)化了樣品制備，也適用于長(cháng)期活細胞成像。 非標記非侵入式探究細胞高分辨率及內部三維圖像 實(shí)時(shí)監控細胞內部及外部變化，包括線(xiàn)粒體，高爾基體，細胞核等亞細胞結構；也包括細胞流動(dòng)性微小變化 圖像水平分辨率110nm，垂直分辨率可達220nm 采用電動(dòng)載物臺可進(jìn)行自動(dòng)聚焦，可進(jìn)行長(cháng)期time-lapse成像 快速細胞成像，激光照度低，對細胞無(wú)損傷 細胞生物學(xué)：細胞凋亡與壞死，細胞遷移，干重測定，細胞結構分析 微生物學(xué)：微生物分類(lèi)。微生物成像，微生物脂質(zhì)測定 免疫學(xué)：免疫細胞分類(lèi)，表征，免疫細胞動(dòng)力學(xué)過(guò)程，免疫應答 納米技術(shù)：納米顆粒成像，納米顆粒標記的細胞器檢測 目前免疫類(lèi)細胞表征標準技術(shù)依賴(lài)于細胞標記。如Giemsa染色需要化學(xué)固定程序，但其限制了活細胞分析，并且只能獲得2D圖像；共聚焦熒光顯微鏡能夠以高分辨率和高分子特異性實(shí)現活免疫細胞的3D結構圖像，化學(xué)染色程序或基因修飾是侵入性方法，不可避免地會(huì )出現光毒性和光漂白等重大缺陷。 Tomocube通過(guò)測量生物分子的折射率（RI），即描述光-物質(zhì)相互作用的固有光學(xué)性質(zhì)，有效規避了免疫類(lèi)細胞表征研究中的上述局限性。利用光干擾原理，可以定量和非侵入式地測量樣品的RI信息，在單細胞水平上鑒定多種免疫細胞類(lèi)型，該方法也廣泛用于研究各種生物樣本如紅細胞、神經(jīng)元，癌細胞和浮游植物等多種生物樣本研究。該方法將為免疫學(xué)研究、醫學(xué)研究和診斷開(kāi)辟一條新的途徑。 圖1. 白細胞的3D可視化。 圖2. 單個(gè)淋巴細胞（n = 29）和巨噬細胞（n = 22）的定量形態(tài)學(xué)和生化信息 圖3：不同表型淋巴細胞類(lèi)型的代表性3-D RI斷層掃描和具有定量表征的3-D圖像 圖4. 3D RI斷層掃描圖和聚苯乙烯珠被巨噬細胞吞沒(méi)的3D軌跡的延時(shí)測量。 圖5：HeLa細胞攝取的500 nm直徑熒光PS珠的3D RI動(dòng)態(tài)分布 免疫突觸（IS）形成研究 Car-T細胞無(wú)標記追蹤及分析 免疫應答（IR）是指機體受抗原刺激后，免疫細胞對抗原分子識別、活化、增殖和分化，產(chǎn)生免疫物質(zhì)發(fā)生特異性免疫效應的過(guò)程。APC-T 細胞間免疫突觸(immunological synapse, IS)的形成是影響 T 細胞活化增殖的關(guān)鍵因素。IS 的形成不僅促進(jìn) T 細胞和 APC 的穩定接觸，而且激活 T 細胞信號傳導途徑，促進(jìn) T 細胞的活化和增殖，也是免疫調節、介導病原體感染免疫細胞的關(guān)鍵部位。 Tomocube實(shí)現了免疫細胞與其靶標之間的動(dòng)態(tài)相互作用連接實(shí)時(shí)觀(guān)測。由于IS的形成動(dòng)力學(xué)通常在幾分鐘內發(fā)生，因此需要對免疫細胞進(jìn)行快速4D成像，使用tomocube光學(xué)衍射斷層掃描（ODT）測量免疫細胞的三維（3D）折射率（RI）斷層掃描，可高速測量（每3-5秒測量一次）以無(wú)標記方式跟蹤活免疫細胞的IS過(guò)程，這為深入研究 T 細胞免疫活化及調控在疾病中的作用提供了新視野。 Tomocube通過(guò)無(wú)標記分割方法可以在以亞微米級空間分辨率區分兩個(gè)附著(zhù)細胞之間的邊界，可以成功地定義細胞間IS邊界，且不會(huì )有不明確的分割。 圖6：無(wú)標記突觸重建的流程圖。 深入研究CAR/抗原介導的免疫突觸(IS)動(dòng)力學(xué)，使用Tomocube研究CART19（效應器）細胞和K562-CD19（靶）細胞之間的信號依賴(lài)性IS形成。CART19細胞（藍色）對K562細胞（紫色）作出反應的延時(shí)代表性靜止圖像：0秒表示效應細胞和目標細胞的初始接觸時(shí)間。b圖顯示對K562-CD19細胞作出反應的CART19細胞代表性靜止圖像，綠色區域表示免疫突觸 （IS）的形成。通過(guò)秒級演示拍攝清晰且定量展示IS形成的完整過(guò)程。 圖7：定量CAR-T細胞的初始突觸形成動(dòng)力學(xué) Tomocube可提供IS干重、突觸面積等以進(jìn)一步進(jìn)行免疫評估。 圖8.突觸形態(tài)的統計分析取決于CART的細胞內在功能。（a）干重散點(diǎn)圖。（b）（c） 突觸面積散點(diǎn)圖 腫瘤免疫學(xué)研究 免疫細胞和腫瘤細胞之間CICs形成觀(guān)測 腫瘤免疫學(xué)是免疫研究的重點(diǎn)之一，它是研究腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與機體免疫的關(guān)系，以及應用免疫學(xué)原理和手段對腫瘤進(jìn)行診斷、治療和預防的一門(mén)科學(xué)。腫瘤免疫學(xué)從細胞水平、分子水平、基因水平來(lái)研究腫瘤發(fā)生、發(fā)展機制，并以腫瘤的免疫治療為研究目標。Tomocube通過(guò)長(cháng)期time-lapse成像檢測免疫細微變化過(guò)程，細胞間的特殊互作變化了如指掌。 細胞中細胞（CIC）結構的形成，俗稱(chēng)細胞同類(lèi)相食，是一種獨特的病理現象，CIC結構不僅在腫瘤進(jìn)化和基因組不穩定中起重要作用，而且在胚胎發(fā)育和免疫穩態(tài)中也起著(zhù)重要作用。因此，異型CICs可以作為免疫逃避的機制來(lái)促進(jìn)癌癥進(jìn)展，通過(guò)免疫細胞和腫瘤細胞之間CICs形成的研究，以詳細研究CIC機制和細胞命運。 圖9：三維渲染圖像與異型CIC熒光融合。綠線(xiàn)標記外部單元格 （A549）;紅線(xiàn)表示內化細胞（NK-92）;紫色箭頭表示異型 CIC 結構 紅細胞 Tomocube可提供紅細胞（RBC）的各項物理及生化參數及紅細胞具有獨特的形態(tài)（可以在多種病理條件下改變）非侵入式觀(guān)察，準確定量紅細胞在免疫過(guò)程中形態(tài)及相關(guān)參數變化。 圖10：紅細胞的三維折射率斷層掃描。可清晰觀(guān)測多種狀態(tài)下紅細胞的形態(tài)結構，如：正常紅細胞的上視圖和側視圖 （A， B），淚滴細胞的上視圖 （C），目標細胞的上視圖和側視圖 （D， E），裂紅細胞 （F， G）、棘皮細胞 （H） 和毛刺細胞 （I）的側視圖。 圖11. 延時(shí)拍攝下瘧原蟲(chóng)對紅細胞的侵害 圖12：健康對照組和糖尿病患者的所有測量紅細胞的形態(tài)學(xué)和生化參數：（a）體積，（b）表面積，（c）球形度，（d）細胞質(zhì)Hb濃度和（e）Hb含量 圖4：來(lái)自（a）健康對照組和（b）糖尿病患者的代表性紅細胞的2-D膜高度圖，相應紅細胞的2-D膜波動(dòng)圖在（c）和（d）中表示 · 如需以上文獻全文，或Tomocube的設備資料可聯(lián)系北京倍輝科技~
