使用光片顯微鏡進(jìn)行人類早期大腦類器官發(fā)育 的形態(tài)動力學(xué)研究

快速組織和腔體生長的早期階段

涉及腔體融合事件的組織穩(wěn)定階段

神經(jīng)上皮成熟的最終階段

圖3.外源性細(xì)胞外基質(zhì)對大腦類器官形態(tài)發(fā)生的影響。a) 類器官投影（第 7 天）顯示 16 個同時圖像采集，展示核膜（Lamin，RFP，橙色）、質(zhì)膜標(biāo)記（CAAX，RFP，橙色）、肌動蛋白（GFP，青色）、微管蛋白（RFP，橙色）和細(xì)胞核（組蛋白，GFP，青色）。最大投影（左）和橫截面（右）b) 來自同一類器官在不同時間點(diǎn)的靜態(tài)圖，顯示橫截面并突出腔體形態(tài)（虛線）c) 類器官的橫截面顯示分段腔體和類器官上皮分割圖。d) 第 4-9 天每天測量的類器官總體積e) 圖表顯示隨時間變化的所有腔體的總體積f) 圖表顯示隨時間變化的分段腔體總數(shù)的變化。g) 類器官的橫截面顯示腔體形成和融合的過程m) 細(xì)胞外微環(huán)境的示意圖及與之對應(yīng)的明場圖像，顯示用 Matrigel（外部 ECM）培養(yǎng)的類器官、沒有任何外部嵌入（內(nèi)部 ECM）和低熔點(diǎn)瓊脂嵌入（擴(kuò)散屏障）。n) 示意圖顯示光片實(shí)驗(yàn)設(shè)置，以獲取不同嵌入處理的 16 倍類器官的同步成像。o) 第 9 天的圖像靜幀，顯示沒有任何嵌入和帶有瓊脂擴(kuò)散屏障的類器官的最大投影（左）和橫截面（右）。p) 用 Matrigel 培養(yǎng)的類器官、沒有基質(zhì)和帶有擴(kuò)散屏障的類器官中分段腔的 3D 渲染。q-r) 圖表顯示從第 4 天到第 9 天每天測量的所有成像類器官的總體積（q）、分段腔的總數(shù)變化（r）以及所有腔的總?cè)萘侩S時間的變化（s）誤差條表示標(biāo)準(zhǔn)差。t) 圖像顯示了在使用基質(zhì)膠或無基質(zhì)生長的類器官（第 15 天）上進(jìn)行免疫組化實(shí)驗(yàn)的橫截面，并染色以顯示細(xì)胞核（DAPI）、COL4A1 和 CDH2。所有圖像的比例尺為 100 μm。

圖4. 使用接多路多位點(diǎn)細(xì)胞標(biāo)簽的細(xì)胞和細(xì)胞核形態(tài)轉(zhuǎn)變。a)分析策略示意圖。b) 第 6 天的類器官最大強(qiáng)度投影，標(biāo)記有核膜（Lamin，RFP，粉色）、質(zhì)膜（CAAX，RFP，粉色）、肌動蛋白（GFP，綠色）、微管蛋白（RFP，粉色）和細(xì)胞核（組蛋白，GFP，綠色）c) 解通道圖像（Lamin，深棕色；CAAX，橙色；肌動蛋白，藍(lán)色；微管蛋白，品紅色；組蛋白，綠色） d) 基于形態(tài)特征提取的所有解多通道標(biāo)簽的 PAGA 初始化 UMAP 嵌入。e) PAGA 初始化 UMAP 嵌入顯示肌動蛋白、微管蛋白和 CAAX 標(biāo)簽的軸長變化，以及使用組蛋白和 Lamin 分割測量的細(xì)胞核體積變化。PAGA 圖顯示平均簇年齡（天數(shù)）的變化，節(jié)點(diǎn)大小表示一個簇內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量，邊寬反映兩個簇之間的連接強(qiáng)度。f) 在 matrigel 條件下，所有細(xì)胞（肌動蛋白）按其對齊指數(shù)（與最近的類器官表面法線的絕對余弦角）著色。比例范圍為 0-1，其中 1（紅色）對應(yīng)于與類器官表面垂直對齊的細(xì)胞。g) PAGA 初始化的 UMAP 嵌入和 PAGA 圖顯示使用從基質(zhì)膠、無基質(zhì)和瓊脂糖條件下分割的細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)類型聚類。圖基于提取的所有分割細(xì)胞（肌動蛋白）的形態(tài)測量。h) PAGA 初始化的 UMAP 嵌入顯示細(xì)胞軸比隨時間變化，并疊加顯示使用 PAGA 圖的平均聚類年齡。PAGA 圖根據(jù)聚類的平均年齡從淺灰色到黑色進(jìn)行顏色編碼。i) 每個形態(tài)類型聚類的示例細(xì)胞（肌動蛋白）。j) 顯示標(biāo)記有肌動蛋白的細(xì)胞的類器官示例圖像，顯示按其形態(tài)類型聚類著色的細(xì)胞。k) 堆疊條形圖顯示在基質(zhì)膠、無基質(zhì)和瓊脂糖條件下各個肌動蛋白形態(tài)類型聚類中細(xì)胞的比例。l) 圖像顯示在第 6 天基質(zhì)膠條件下的細(xì)胞（肌動蛋白）根據(jù)細(xì)胞對齊指數(shù)著色，以及在第 9 天無基質(zhì)和瓊脂糖條件下的細(xì)胞。m) 小提琴圖顯示在第 4 天到第 12 天所有三種條件下所有分割細(xì)胞的細(xì)胞對齊（肌動蛋白）值。n) 線圖顯示在三種條件下香農(nóng)指數(shù)的變化，基于隨時間變化的每個簇的細(xì)胞數(shù)量（基質(zhì)膠 (n=3)、無基質(zhì) (n=3) 和瓊脂糖 (n=3)）。