Virtual Issue on Fluorescence Imaging

荧光成像虚拟专刊

1.An algorithm for quantifying filopodia of multiple cells with weak fluorescence signal

针对弱荧光信号多细胞环境的伪足定量分析算法

摘要：

伪足作为细胞传感器，在探测微环境及引导细胞迁移中发挥关键作用，对癌症转移过程具有重要影响。准确量化癌细胞的伪足特征是研究其在转移中复杂功能的前提。目前虽已开发多种分析算法，但大多仅适用于单细胞环境。本文旨在开发一种独立算法（MC-FiloAssay），实现多细胞环境下伪足的精准定量。通过MC-FiloAssay算法，我们对鼻咽癌细胞（CNE2与5-8F）及正常鼻咽上皮细胞（NP69）的伪足进行定量分析。线性回归分析显示，算法测量与人工标注的伪足长度决定系数（R²=0.99）高度吻合，证实其在多细胞伪足提取中的准确性。在低信号强度及多细胞视场条件下，MC-FiloAssay较现有算法表现出更优性能。对不同融合度CNE2细胞的分析表明，细胞融合度不影响伪足长度与宽度，但会改变伪足密度。对比研究还发现CNE2细胞与其他两种细胞系（5-8F和NP69）存在显著差异：CNE2细胞的伪足更长、更细且分布更密集。这些结果证明MC-FiloAssay是多细胞伪足定量研究中的稳健工具。

引用：

Muyang Hao, Hongcong Zheng, Xiaoyan Wang, Qing Ye, Renqun Liu, and Yimei Huang. An algorithm for quantifying filopodia of multiple cells with weak fluorescence signal.Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 18, No. 06, 2550019 (2025)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825500191

2.Optical redox imaging of ANT1-deficient muscles

ANT1基因缺失的肌肉组织的光学氧化还原成像研究

摘要：

腺嘌呤核苷酸转位酶（ANT）是一种位于线粒体内膜的关键蛋白质，负责介导ADP与ATP的跨膜交换。其通过将线粒体内合成的ATP转运至细胞质，在细胞能量代谢中发挥重要作用。ANT1亚型主要在心肌和骨骼肌中表达，该蛋白的突变或功能失调与多种线粒体疾病和神经肌肉疾病密切相关。本研究旨在通过建立ANT1基因敲除小鼠模型，探究ANT1缺失对线粒体氧化还原状态的影响。实验采集年龄匹配的野生型（WT）与ANT1缺失小鼠的心脏和股四头肌组织，经液氮速冻后采用Chance氧化还原扫描仪进行三维光学氧化还原成像。每个样本均完成3-5个断层的扫描分析。全局平均分析显示，野生型与ANT1缺失组间的氧化还原指标（NADH、黄素腺嘌呤二核苷酸所含黄素蛋白Fp及其氧化还原比值Fp/(NADH+Fp)）均无显著差异。但值得注意的是，两组中股四头肌的Fp值均高于心脏组织（p值分别为0.0004和0.01）。在野生型组中，股四头肌的氧化程度（即氧化还原比值）也显著高于心脏（p=0.004）。所有样本的NADH水平则保持稳定。本研究数据表明，在非应激生理状态下，ANT1缺失肌细胞与野生型细胞具有相同的线粒体状态，而野生型中存在的股四头肌与心脏间线粒体氧化还原状态显著差异，在ANT1缺失个体中可能减弱。后续可进一步开展生理应激状态下肌肉组织氧化还原成像研究。

引用：

He N. Xu, Ryan M. Morrow, Min Feng, Huaqing Zhao, Douglas Wallace, and Lin Z. Li. Optical redox imaging of ANT1-deficient muscles.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 17, No. 01, 2350032 (2024)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545823500323

3.In vivo measurement of NADH fluorescence lifetime in skeletal muscle via fiber-coupled time-correlated single photon counting

基于光纤耦合时间相关单光子计数技术的骨骼肌NADH荧光寿命活体测量

摘要：

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）作为电子载体，在糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等代谢过程中发挥关键作用。NADH具有自发荧光特性，其荧光寿命可用于推断活细胞的代谢动力学。本研究采用配备可植入针式探针的光纤耦合时间相关单光子计数（TCSPC）系统，实现了活体骨骼肌NADH寿命的实时监测，为研究肌肉收缩或组织再生过程中的代谢需求变化提供了技术支撑。研究通过建立雄性斯普拉格-道利大鼠左胫骨前肌容积性肌肉损伤模型，分别对损伤侧与健康侧胫骨前肌在30秒强直收缩前、中、后期进行NADH寿命检测。实验数据通过双指数衰减模型拟合，获得NADH利用指标（胞质游离NADH与蛋白结合NADH的A1τ1/A2τ2比值）。数据显示：在健康肌肉中，该比值在收缩期间及收缩后均高于静息状态，表明收缩与恢复期肌肉内游离NADH水平升高，提示糖酵解速率加快；在损伤肌肉中，该比值整体高于健康肌肉但随时间推移逐渐下降，这与损伤后炎症反应的现有认知相符，暗示组织再生过程的发生。这些研究结果证实，光纤耦合TCSPC技术有望以微创方式监测活体内NADH结合状态的变化，该技术方案值得进一步深入研究。

引用：

Kathryn M. Priest, Jacob V. Schluns, Nathania Nischal, Colton L. Gattis, Jeffrey C. Wolchok, and Timothy J. Muldoon. In vivo measurement of NADH fluorescence lifetime in skeletal muscle via fiber-coupled time-correlated single photon counting.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 17, No. 01, 2350030 (2024)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S179354582350030X

4.Fluorescence imaging analysis of the glioma microenvironment

胶质瘤微环境的荧光成像分析研究

摘要：

胶质瘤作为恶性程度最高的脑肿瘤，其微环境由神经元、巨噬细胞、T细胞及其他免疫细胞共同构成免疫抑制生态。目前对于这些细胞在胶质瘤微环境中的精确空间分布及其与肿瘤转移的关联尚不明确。本研究成功构建稳定表达大斯托克斯位移黄色荧光蛋白的小鼠胶质瘤细胞系，并应用于多色免疫荧光成像分析。

成像数据显示：在胶质瘤核心区域神经元分布稀疏，数量较正常脑区减少90%；单核-巨噬细胞与小胶质细胞呈现异质性空间分布特征。值得注意的是，单核-巨噬细胞与T细胞被大量募集至胶质瘤核心及转移灶区域，而小胶质细胞在肿瘤核心区、边缘区与正常脑区的分布未见显著差异。该研究成果为靶向免疫调控细胞及开发新型胶质瘤免疫治疗策略提供了新视角。

引用：

Xuwen Peng, Yuzhou Chen, Yuke Wang, and Shuhong Qi. Fluorescence imaging analysis of the glioma microenvironment. Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 16, No. 01, 2245005 (2023)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545822450055

5.High-throughput sorting of two-color fluorescent-labeled zebrafish embryos

双色荧光标记斑马鱼胚胎的高通量分选系统

摘要：

斑马鱼胚胎作为微型动物模型，被广泛应用于遗传学、发育生物学及药物研发领域。在大规模实验中，常需对双色荧光标记胚胎进行分选，但人工分选效率低下。本研究成功开发了一套双色荧光斑马鱼胚胎高通量分选系统：该系统可实现胚胎从样品池的自动上样，并依据平均荧光强度进行分选。通过将双色荧光信号分路传输至面阵相机进行检测，该系统可在10分钟内完成100个胚胎的分选，准确率超过95%。

引用：

Hongzhen Tang, Linbo Wang, Xiaohu Chen, Chong Chen, Hui Li, and Guang Yang. High-throughput sorting of two-color fluorescent-labeled zebrafish embryos.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 16, No. 05, 2350003 (2023)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545823500037

6.Automated apoptosis identification in fluorescence imaging of nucleus based on histogram of oriented gradients of high-frequency wavelet coefficients

基于高频小波系数方向梯度直方图的细胞核荧光成像自动凋亡识别技术

摘要：

细胞凋亡的自动化精准识别有助于实现大规模细胞分析。目前基于细胞核荧光成像的识别方法多采用特定形态学参数，但这些参数难以完整描述细胞核形态特征，限制了模型的识别精度。本文提出一种新型特征提取方法以提升凋亡识别模型性能：通过计算高频小波系数的方向梯度直方图（HOG），同步提取细胞核内部及边缘纹理信息，并采用支持向量机对HOG特征向量进行分类。实验结果表明，该特征提取方法在凋亡识别中表现优异，以较低时间成本实现了95.7%的准确率，证实其在细胞生物学研究中具有应用潜力。

引用：

Shutong Liu, Limei Su, Han Sun, Tongsheng Chen, Min Hu and Zhengfei Zhuang. Automated apoptosis identification in fluorescence imaging of nucleus based on histogram of oriented gradients of high-frequency wavelet coefficients.Journal of Innovative Optical Health Sciences. Vol. 16, No. 02, 2244003 (2023)

文章链接：

https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545822440035

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