摘要：虽然医疗中心每天都在使用超声波，但到目前为止，这项技术还无法在细胞尺度上观察人体组织。来自代尔夫特理工大学（荷兰）的物理学家们开发了一种基于超声波的显微镜技术，可以显示活体器官中的毛细血管和细胞——这在以前是不可能的。这项研究发表在《科学》杂志上。

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2025年04月24日 12:33广东

虽然医疗中心每天都在使用超声波，但到目前为止，这项技术还无法在细胞尺度上观察人体组织。来自代尔夫特理工大学（荷兰）的物理学家们开发了一种基于超声波的显微镜技术，可以显示活体器官中的毛细血管和细胞——这在以前是不可能的。这项研究发表在《科学》杂志上。

超声是医学上使用最广泛的成像技术之一，但直到最近，它几乎没有在成像我们身体最微小的结构，如细胞中发挥作用。第一作者Baptiste Heiles解释说：“临床超声，就像用于妊娠扫描的那种，可以创建身体部位的实时图像。它可以诊断各种疾病，或者监测发育中的婴儿。然而，在微观层面上发生的事情仍然是隐藏的。”

现在，来自代尔夫特理工大学、荷兰神经科学研究所和加州理工学院的一组科学家成功地用超声波对特定标记的细胞进行了3D成像。他们第一次对整个器官内的活细胞进行成像，其体积只有方糖大小。相比之下，目前的光学显微镜通常需要对非活体样本进行成像，Heiles说：“感兴趣的样本或器官必须被移除和处理，你失去了追踪细胞活动的能力。”

目前以3D方式描绘活细胞行为的领先技术，例如在胚胎发育过程中，被称为光片显微镜。这种方法仅限于半透明或薄的标本，因为光不能穿透不透明组织的深度超过1毫米。“超声波可以在不透明的哺乳动物组织中成像几厘米深，允许对整个器官进行无创成像。这给了我们关于细胞在自然环境中如何行为的信息，这是基于光的方法无法在更大的活组织中做到的。”首席研究员David Maresca说。

用声反射探针标记毛细血管和细胞超声成像的这项创新——一种被称为非线性声片显微镜的方法——的关键是加州理工学院夏皮罗实验室发现的一种声反射探针。Heiles：“这种探针是一种纳米级充满气体的囊泡，它在超声图像中发光，使细胞可见。这些囊泡有一个蛋白质外壳，我们可以设计它们来调节图像中的亮度。我们利用这些气体囊泡来追踪癌细胞。”

除了揭示细胞外，研究小组还使用超声波和微泡作为血液循环的探针来检测脑毛细血管。Heiles：“据我们所知，非线性声片显微镜是第一种能够观察活体大脑毛细血管的技术。这一突破在诊断患者小血管疾病方面具有巨大的潜力。”由于微泡探针已经被批准用于人体，这项技术可能在几年内在医院部署。

Maresca说，除了临床实践之外，声片显微镜还可以极大地促进生物学研究，特别是新的癌症治疗方法的开发。“我们的成像技术可以区分健康组织和癌症组织。此外，它还可以看到肿瘤坏死的核心；肿瘤的中心，这里的细胞由于缺氧而开始死亡。因此，它可以帮助监测癌症的进展和对治疗的反应。”

参考文献

Revealing capillaries and cells in living organs with ultrasound

来源：营养和医学