3D 虚拟组织学：多尺度相衬 X 射线断层扫描助力耳蜗研究

研究人员为解决耳蜗成像难题，开展多尺度相衬 X 射线断层扫描（XPCT）研究，实现多尺度成像，推动听觉研究。

　　在奇妙的人体听觉世界里，耳蜗就像一个精密的 “音乐盒”，负责将声音转化为神经信号，让我们能聆听美妙的旋律。然而，这个 “音乐盒” 的内部构造极其复杂，有着精细的微观解剖结构和细胞架构。为了深入了解听觉信号的传递奥秘，以及开发治疗听力障碍的新方法，对耳蜗进行无损的三维（3D）成像就显得至关重要。比如，在研究听觉信号转导和神经生理学的基本方面，以及在听力障碍的临床前研究中，3D 成像都能发挥关键作用，它还能助力像人工耳蜗（CIs）这样的听觉假体的研发。但目前的多尺度成像技术存在不少问题，从微观到纳米断层扫描，分辨率的提高伴随着诸多限制，像样本尺寸受限、样本制备复杂，还需要专门的样本台，扫描时间也会延长。

为了解开这些难题，德国哥廷根大学等机构的研究人员开展了一项关于 “3D 虚拟组织学：多尺度相衬 X 射线断层扫描（XPCT）用于啮齿动物和灵长类动物耳蜗研究” 的项目。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为听觉研究带来了新的曙光。

研究人员用到的主要关键技术方法包括：一是样本制备，实验动物包括 marmosets、小鼠、沙鼠等，对不同动物的耳蜗进行相应处理，如 decalcified、染色、embedding 等；二是多尺度 XPCT 成像，使用多种同步辐射（SR）μ-CT 仪器和实验室自制 μ-CT 进行成像；三是数据分析，利用多种软件对数据进行渲染、分割等处理 。

研究结果如下：

1. Corti 器（OoC）的高分辨率虚拟组织学：对从小鼠和 marmoset 耳蜗小心解剖的 OoC 标本进行成像。用四氧化锇和醋酸双氧铀染色并嵌入 EPON 的小鼠组织样本，在 SR-CB3 配置下扫描，达到了亚细胞分辨率，能清晰看到内毛细胞（IHCs）等结构，染色增强了富含脂质的神经纤维的对比度。未染色的 marmoset 耳蜗组织样本，在较低光子能量下扫描，虽然样本制备存在挑战，但也能看到 OoC 和神经支配结构。
2. 完整 marmoset 和沙鼠耳蜗的亚微米分辨率 ROI 断层扫描：通过在 SR-PB 设置下拼接断层图，对完整的沙鼠和 marmoset 耳蜗进行成像。结果显示，能达到细胞分辨率，螺旋神经节神经元（SGNs）和毛细胞（HCs）等结构对比度良好，便于对 SGNs 进行分割。
3. 完整 marmoset 耳蜗的概述扫描：研究发现，相衬和相位恢复对实验室自制 μ-CT 的整个耳蜗成像很重要。通过对比不同仪器和成像条件下的扫描结果，展示了相衬成像和相位恢复在提高图像质量方面的作用，能更好地显示耳蜗的基本形态和结构。
4. marmoset 头部与电子耳蜗（eCI）成像：对植入 eCI 的 marmoset 头骨进行扫描，分割出耳蜗、听小骨和 eCI 等结构，可用于检查 eCI 的位置。

在研究结论和讨论部分，研究人员成功展示了多尺度 XPCT 对耳蜗软组织成像的能力。不同的 SR 光束线和 μ-CT 设置各有优势，SR 提供高相干性和高分辨率，但受时间限制；实验室自制 μ-CT 可随时使用，能满足临床前研究的需求。两种技术结合，能更好地满足耳蜗成像的需求。在样本制备方面，重金属染色结合 EPON 树脂包埋和液体包埋各有利弊。该研究提供的仪器设置和实验方法，可作为未来耳蜗成像研究的参考，其扫描结果能为听觉研究提供模型，推动听觉研究的发展，如研究年龄相关的听力损失、多模态成像等。同时，研究数据也公开可获取，方便其他研究人员进一步研究 。