這項(xiàng)重要工作由Jie Wang, Jin Jin, Yuekun Fang, Liting Chen & Peng Fei共同完成，其研究成果以題為《Light sheet microscopy imaging dataset of CAR-T-cell-mediated cytotoxicity》的論文形式，于2026年2月在線發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)期刊《Scientific Data》。

重要發(fā)現(xiàn)
本研究的核心貢獻(xiàn)在于構(gòu)建并應(yīng)用了一套名為“高通量貝塞爾斜平面顯微鏡”的系統(tǒng)，系統(tǒng)性地攻克了活體免疫細(xì)胞成像中的多重挑戰(zhàn)，并首次生成了一個(gè)大規(guī)模、高維度的動(dòng)態(tài)成像數(shù)據(jù)集。

首先，在光學(xué)設(shè)計(jì)上，它基于斜平面顯微鏡構(gòu)型。與需要復(fù)雜樣品夾持的雙物鏡光片顯微鏡不同，OPM使用單個(gè)物鏡同時(shí)進(jìn)行照明和檢測(cè)，這使得它可以采用培養(yǎng)皿等傳統(tǒng)、用戶友好的樣品承載方式，極大簡(jiǎn)化了懸浮細(xì)胞（如CAR-T細(xì)胞）的觀測(cè)流程。更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)采用了雙環(huán)貝塞爾光片照明來優(yōu)化照明光束。傳統(tǒng)高斯光片在軸向分辨率與有效視場(chǎng)之間存在固有的權(quán)衡。而通過使用一個(gè)經(jīng)過MATLAB仿真優(yōu)化的雙環(huán)掩模對(duì)入射高斯光束進(jìn)行調(diào)制，該系統(tǒng)能產(chǎn)生一個(gè)側(cè)瓣被抑制在40%以下、瑞利范圍超過40微米的準(zhǔn)無衍射貝塞爾光束。這種光束形態(tài)確保了在約20微米高的細(xì)胞相互作用區(qū)域內(nèi)，能獲得均勻且超�。�0.5-1.5微米可調(diào)）的光片照明，從而在實(shí)現(xiàn)高軸向分辨率的同時(shí)，極大地降低了光毒性。

其次，在樣品制備方面，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造了一種開頂式微腔陣列芯片。該芯片由2025個(gè)直徑和深度均為50微米的圓柱形微腔組成。芯片材料選用折射率與水匹配的Bio-133紫外固化樹脂，有效消除了光片采集時(shí)的球差。這種設(shè)計(jì)巧妙地將懸浮細(xì)胞限制在固定的微腔中，解決了其易漂移、聚集的問題，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模細(xì)胞群體的并行觀察、精確定位和連續(xù)追蹤。

數(shù)據(jù)集提供了從原始數(shù)據(jù)到分析結(jié)果的全鏈條信息。針對(duì)OPM成像產(chǎn)生的傾斜原始圖像堆棧，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套基于仿射變換的三維重建算法，并通過圖形用戶界面集成，方便用戶將傾斜的原始數(shù)據(jù)精確校準(zhǔn)、重構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的正交三維體積數(shù)據(jù)。

對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行定量分析，成功捕捉到了關(guān)鍵的生物學(xué)表型。以免疫突觸面積和逆行肌動(dòng)蛋白流速度作為形態(tài)與動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，以腫瘤細(xì)胞死亡率作為功能指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)達(dá)沙替尼處理的CAR-T細(xì)胞，其免疫突觸面積顯著減小，逆行肌動(dòng)蛋白流速度明顯降低，并且靶細(xì)胞死亡率也隨之下降。這些變化與已知的達(dá)沙替尼抑制細(xì)胞毒性的機(jī)制高度吻合，不僅證實(shí)了該藥物在成像模型中的預(yù)期效應(yīng)，更關(guān)鍵地驗(yàn)證了本數(shù)據(jù)集在生理層面上的高保真度和生物學(xué)敏感性。最終結(jié)論表明，這套HBOPM成像平臺(tái)及其產(chǎn)生的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，為在亞細(xì)胞分辨率下系統(tǒng)性研究CAR-T細(xì)胞的動(dòng)態(tài)殺傷機(jī)制提供了強(qiáng)大的工具和資源。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
這項(xiàng)技術(shù)所展現(xiàn)的非接觸、快速、可重復(fù)的局部磁狀態(tài)改寫能力，在光學(xué)生物醫(yī)療領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。例如，其原理可啟發(fā)新型生物相容性磁微粒的光學(xué)操控。設(shè)想未來若能開發(fā)出可在生理環(huán)境下被特定波長(zhǎng)近紅外激光激發(fā)的磁性生物探針，借鑒本文中的光控拓?fù)滢D(zhuǎn)變思路，或能實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)記了磁性納米顆粒的細(xì)胞或生物分子進(jìn)行高精度、無創(chuàng)的光學(xué)靶向與操控，用于藥物遞送、細(xì)胞分選或高分辨率生物成像。此外，該研究揭示的拓?fù)浞�(wěn)定性與外界場(chǎng)（光、磁）的響應(yīng)關(guān)系，也為設(shè)計(jì)新型光學(xué)響應(yīng)的生物傳感器提供了物理基礎(chǔ)，通過檢測(cè)磁拓?fù)錉顟B(tài)的變化來反映微弱的生物化學(xué)信號(hào)。

本研究的核心創(chuàng)新在于精準(zhǔn)地解決了活體、懸浮免疫細(xì)胞長(zhǎng)期高分辨率成像的業(yè)界難題。傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡因嚴(yán)重的光毒性，將觀測(cè)窗口限制在十分鐘以內(nèi)；而新興的光片顯微鏡又受困于懸浮細(xì)胞樣品制備的挑戰(zhàn)。本研究首創(chuàng)性地將斜平面顯微鏡構(gòu)型、雙環(huán)貝塞爾光束整形與折射率匹配的微流控芯片三者結(jié)合，從光學(xué)原理、照明方式到樣品承載實(shí)現(xiàn)了協(xié)同創(chuàng)新。其中，雙環(huán)掩模產(chǎn)生的長(zhǎng)瑞利范圍貝塞爾光片，是達(dá)成高分辨率與低光毒性兼顧的關(guān)鍵；而仿生微腔芯片則巧妙地將懸浮細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究轉(zhuǎn)化為“固定化”觀察，實(shí)現(xiàn)了高通量、可重復(fù)的定位追蹤。

該技術(shù)的實(shí)際價(jià)值在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤為突出。它首次使得研究人員能夠以接近真實(shí)的生理?xiàng)l件，對(duì)CAR-T細(xì)胞攻擊腫瘤細(xì)胞的“全生命周期”進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的“直播”式觀察，分辨率高達(dá)320納米，足以分辨細(xì)胞器層面的動(dòng)態(tài)。這好比為免疫學(xué)家提供了一臺(tái)超高清、長(zhǎng)時(shí)間記錄的“細(xì)胞行為監(jiān)控器”。其應(yīng)用場(chǎng)景深遠(yuǎn)：在基礎(chǔ)科研中，可用于精確量化免疫突觸的形成、顆粒分泌、細(xì)胞凋亡等關(guān)鍵事件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，揭示新的作用機(jī)制；在藥物研發(fā)中，可作為一種強(qiáng)大的表型篩選平臺(tái)，定量評(píng)估不同藥物或CAR設(shè)計(jì)對(duì)T細(xì)胞殺傷效力的實(shí)時(shí)影響，加速療法優(yōu)化。該研究公開的數(shù)據(jù)集和代碼，將進(jìn)一步降低該先進(jìn)成像技術(shù)的使用門檻，推動(dòng)免疫細(xì)胞學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)更精細(xì)化、定量化的新時(shí)代。

總結(jié)與展望
總而言之，這項(xiàng)研究通過開發(fā)高通量貝塞爾斜平面顯微鏡系統(tǒng)，成功克服了長(zhǎng)期困擾CAR-T細(xì)胞動(dòng)態(tài)觀測(cè)的光毒性、分辨率與通量瓶頸，并發(fā)布了首個(gè)與之匹配的大規(guī)模、高分辨率四維成像數(shù)據(jù)集。這項(xiàng)工作不僅提供了一套強(qiáng)大的技術(shù)工具，更貢獻(xiàn)了一個(gè)寶貴的資源庫(kù)，極大推動(dòng)了細(xì)胞免疫療法的機(jī)制研究向著更精細(xì)、更定量的維度發(fā)展。

DOI:10.1038/s41597-026-06829-9.