Tomocube由哈佛大学-麻省理工学院和韩国先进科学研究院联合建立，仪器采用全息衍射断层扫描技术（ODT），利用傅里叶衍射定理，通过不同照明角度的多个复数光场重构细胞的三维RI分布，可提供单个细胞的干重，即细胞内水性组分（包括蛋白质和亚细胞器）的质量，实现光学相位延迟的时间波动，在纳米级上研究生物细胞的膜波动。此外，3-D RI断层扫描无需使用细胞外试剂，简化了样品制备，也适用于长期活细胞成像。 非标记非侵入式探究细胞高分辨率及内部三维图像 实时监控细胞内部及外部变化，包括线粒体，高尔基体，细胞核等亚细胞结构；也包括细胞流动性微小变化 图像水平分辨率110nm，垂直分辨率可达220nm 采用电动载物台可进行自动聚焦，可进行长期time-lapse成像 快速细胞成像，激光照度低，对细胞无损伤 细胞生物学：细胞凋亡与坏死，细胞迁移，干重测定，细胞结构分析 微生物学：微生物分类。微生物成像，微生物脂质测定 免疫学：免疫细胞分类，表征，免疫细胞动力学过程，免疫应答 纳米技术：纳米颗粒成像，纳米颗粒标记的细胞器检测 目前免疫类细胞表征标准技术依赖于细胞标记。如Giemsa染色需要化学固定程序，但其限制了活细胞分析，并且只能获得2D图像；共聚焦荧光显微镜能够以高分辨率和高分子特异性实现活免疫细胞的3D结构图像，化学染色程序或基因修饰是侵入性方法，不可避免地会出现光毒性和光漂白等重大缺陷。 Tomocube通过测量生物分子的折射率（RI），即描述光-物质相互作用的固有光学性质，有效规避了免疫类细胞表征研究中的上述局限性。利用光干扰原理，可以定量和非侵入式地测量样品的RI信息，在单细胞水平上鉴定多种免疫细胞类型，该方法也广泛用于研究各种生物样本如红细胞、神经元，癌细胞和浮游植物等多种生物样本研究。该方法将为免疫学研究、医学研究和诊断开辟一条新的途径。 图1. 白细胞的3D可视化。 图2. 单个淋巴细胞（n = 29）和巨噬细胞（n = 22）的定量形态学和生化信息 图3：不同表型淋巴细胞类型的代表性3-D RI断层扫描和具有定量表征的3-D图像 图4. 3D RI断层扫描图和聚苯乙烯珠被巨噬细胞吞没的3D轨迹的延时测量。 图5：HeLa细胞摄取的500 nm直径荧光PS珠的3D RI动态分布 免疫突触（IS）形成研究 Car-T细胞无标记追踪及分析 免疫应答（IR）是指机体受抗原刺激后，免疫细胞对抗原分子识别、活化、增殖和分化，产生免疫物质发生特异性免疫效应的过程。APC-T 细胞间免疫突触(immunological synapse, IS)的形成是影响 T 细胞活化增殖的关键因素。IS 的形成不仅促进 T 细胞和 APC 的稳定接触，而且激活 T 细胞信号传导途径，促进 T 细胞的活化和增殖，也是免疫调节、介导病原体感染免疫细胞的关键部位。 Tomocube实现了免疫细胞与其靶标之间的动态相互作用连接实时观测。由于IS的形成动力学通常在几分钟内发生，因此需要对免疫细胞进行快速4D成像，使用tomocube光学衍射断层扫描（ODT）测量免疫细胞的三维（3D）折射率（RI）断层扫描，可高速测量（每3-5秒测量一次）以无标记方式跟踪活免疫细胞的IS过程，这为深入研究 T 细胞免疫活化及调控在疾病中的作用提供了新视野。 Tomocube通过无标记分割方法可以在以亚微米级空间分辨率区分两个附着细胞之间的边界，可以成功地定义细胞间IS边界，且不会有不明确的分割。 图6：无标记突触重建的流程图。 深入研究CAR/抗原介导的免疫突触(IS)动力学，使用Tomocube研究CART19（效应器）细胞和K562-CD19（靶）细胞之间的信号依赖性IS形成。CART19细胞（蓝色）对K562细胞（紫色）作出反应的延时代表性静止图像：0秒表示效应细胞和目标细胞的初始接触时间。b图显示对K562-CD19细胞作出反应的CART19细胞代表性静止图像，绿色区域表示免疫突触 （IS）的形成。通过秒级演示拍摄清晰且定量展示IS形成的完整过程。 图7：定量CAR-T细胞的初始突触形成动力学 Tomocube可提供IS干重、突触面积等以进一步进行免疫评估。 图8.突触形态的统计分析取决于CART的细胞内在功能。（a）干重散点图。（b）（c） 突触面积散点图 肿瘤免疫学研究 免疫细胞和肿瘤细胞之间CICs形成观测 肿瘤免疫学是免疫研究的重点之一，它是研究肿瘤的发生、发展与机体免疫的关系，以及应用免疫学原理和手段对肿瘤进行诊断、治疗和预防的一门科学。肿瘤免疫学从细胞水平、分子水平、基因水平来研究肿瘤发生、发展机制，并以肿瘤的免疫治疗为研究目标。Tomocube通过长期time-lapse成像检测免疫细微变化过程，细胞间的特殊互作变化了如指掌。 细胞中细胞（CIC）结构的形成，俗称细胞同类相食，是一种独特的病理现象，CIC结构不仅在肿瘤进化和基因组不稳定中起重要作用，而且在胚胎发育和免疫稳态中也起着重要作用。因此，异型CICs可以作为免疫逃避的机制来促进癌症进展，通过免疫细胞和肿瘤细胞之间CICs形成的研究，以详细研究CIC机制和细胞命运。 图9：三维渲染图像与异型CIC荧光融合。绿线标记外部单元格 （A549）;红线表示内化细胞（NK-92）;紫色箭头表示异型 CIC 结构 红细胞 Tomocube可提供红细胞（RBC）的各项物理及生化参数及红细胞具有独特的形态（可以在多种病理条件下改变）非侵入式观察，准确定量红细胞在免疫过程中形态及相关参数变化。 图10：红细胞的三维折射率断层扫描。可清晰观测多种状态下红细胞的形态结构，如：正常红细胞的上视图和侧视图 （A， B），泪滴细胞的上视图 （C），目标细胞的上视图和侧视图 （D， E），裂红细胞 （F， G）、棘皮细胞 （H） 和毛刺细胞 （I）的侧视图。 图11. 延时拍摄下疟原虫对红细胞的侵害 图12：健康对照组和糖尿病患者的所有测量红细胞的形态学和生化参数：（a）体积，（b）表面积，（c）球形度，（d）细胞质Hb浓度和（e）Hb含量 图4：来自（a）健康对照组和（b）糖尿病患者的代表性红细胞的2-D膜高度图，相应红细胞的2-D膜波动图在（c）和（d）中表示 · 如需以上文献全文，或Tomocube的设备资料可联系北京倍辉科技~
