王亞偉 周 佳 顧雨旸 徐毓蒙 張凌萱 徐媛媛

（1.江蘇大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

（2.江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

1.前言

血細(xì)胞的類別識(shí)別與特征分析在臨床醫(yī)學(xué)、生物細(xì)胞學(xué)、免疫學(xué)、生命科學(xué)等應(yīng)用和研究領(lǐng)域中有著極其重要的意義［1］。目前在臨床檢測(cè)中，細(xì)胞典型的分析技術(shù)為鏡檢和流式細(xì)胞分析術(shù)。鏡檢一般用于對(duì)細(xì)胞進(jìn)行形態(tài)分析，但是需要事先對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色，無法做到原態(tài)成像。流式細(xì)胞分析術(shù)主要用于對(duì)細(xì)胞各亞類進(jìn)行區(qū)分和計(jì)數(shù)，但是無法對(duì)細(xì)胞進(jìn)行精確的形態(tài)分析。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，對(duì)細(xì)胞分布密度、大小分布及形體特征的研究幾乎受到每個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注，特別在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，許多疾病發(fā)病機(jī)制的研究與疾病的診斷等都依賴于對(duì)細(xì)胞形態(tài)特征的檢測(cè)。

巨噬細(xì)胞來源于血液中的單核細(xì)胞，而單核細(xì)胞又來源于骨髓中的前體細(xì)胞。巨噬細(xì)胞是單核細(xì)胞中非常重要的一類免疫細(xì)胞，具有抗感染、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等重要作用［2，3］。通常通過對(duì)巨噬細(xì)胞的研究，可以分析機(jī)體是否被細(xì)菌、病毒或寄生蟲感染，以及分析感染所處的階段。因而對(duì)其研究具有重要的研究意義和價(jià)值。目前，對(duì)巨噬細(xì)胞的研究大多集中在細(xì)胞數(shù)量方面，通過計(jì)算巨噬細(xì)胞的數(shù)量的來判斷機(jī)體是否處在感染階段，但是結(jié)果易受其他因素影響，容易出現(xiàn)假性結(jié)果。對(duì)此，本文主要從形態(tài)的角度來探究巨噬細(xì)胞，具體為利用相位成像裝置獲取細(xì)胞的相位信息，然后從相位分布中解讀出巨噬細(xì)胞的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等信息。需說明的是相位成像系統(tǒng)可直接獲取未經(jīng)過染色、未經(jīng)過特殊處理的細(xì)胞圖像。

2.研究方法與實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 相位成像方法。通常情況下，細(xì)胞可看作弱吸收物體，即相位物體。當(dāng)光與細(xì)胞相互作用時(shí)，由于細(xì)胞內(nèi)部折射率的差異或是厚度的不同，會(huì)在空間上產(chǎn)生相位延遲，術(shù)語稱為相移。根據(jù)相移的定義可知，細(xì)胞的相位分布可表達(dá)為下式：

其中n（x，y）和nm分別為細(xì)胞和周圍介質(zhì)的折射率，h（x，y）分別為細(xì)胞沿軸向的厚度分布。通常細(xì)胞的折射率n（x，y）可反映出細(xì)胞的內(nèi)部組成成分，細(xì)胞的厚度h（x，y）可反映出細(xì)胞的形態(tài)。由此可知，我們可以通過細(xì)胞的相位分布探究細(xì)胞的特征。目前，相位成像系統(tǒng)各式各樣，本文將采用一種名為Biophase相位成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的成像。

2.2 Biophase相位成像實(shí)驗(yàn)裝置。Biophase是一種基于數(shù)字波前技術(shù)的光學(xué)相位顯微技術(shù)，它可實(shí)時(shí)的獲取細(xì)胞的相位圖像［4］。同時(shí)Biophase相位實(shí)驗(yàn)裝置也提供了明場成像、微分干涉成像。其中Biophase相位成像是基于三幅不同焦平面的衍射強(qiáng)度圖像，通過求解強(qiáng)度傳輸方程，從而獲得定量相位分布。

3.巨噬細(xì)胞與其實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

巨噬細(xì)胞廣泛存在于人血液、骨髓及各個(gè)器官中，種類眾多且功能各異。其形態(tài)一般為圓形或橢圓形，功能活躍時(shí)可呈多突形。通過對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行染色后，在顯微鏡下觀察到，巨噬細(xì)胞在正常生理情況下與感染、凋亡情況下相比，形態(tài)上有改變。圖1（a）是正常巨噬細(xì)胞，圖1（b）空泡形成的巨噬細(xì)胞。因而可以看出不同階段的細(xì)胞，其形態(tài)是不同的。因此，通過對(duì)巨噬細(xì)胞的研究，可以分析機(jī)體是否被細(xì)菌、病毒或寄生蟲感染，以及分析感染所處的階段，從而對(duì)疾病進(jìn)行診斷。本文將運(yùn)用三維定量相位顯微技術(shù)對(duì)不同狀態(tài)下的巨噬細(xì)胞形態(tài)進(jìn)行研究。

圖1.（a）正常巨噬細(xì)胞，（b）空泡形成的巨噬細(xì)胞

利用Biophase相位成像實(shí)驗(yàn)裝置，我們對(duì)一些巨噬細(xì)胞進(jìn)行了全場成像。圖2（a）和2（b）分別是正常巨噬細(xì)胞和異常巨噬細(xì)胞的二維定量相位分布圖。從這兩分布可以看出，細(xì)胞的外形近似為圓形或是橢圓形，但是細(xì)胞所處狀態(tài)不同，其相位分布值是不同的。對(duì)于圖2（b），異常巨噬細(xì)胞體積明顯增大，細(xì)胞邊緣部分高于中間部分，這是因?yàn)榭张輧?nèi)有體液成分，使得細(xì)胞核的折射率小于胞質(zhì)的折射率。

圖2.（a）正常巨噬三維相位圖，（b）異常巨噬細(xì)胞三維相位圖

4.結(jié)論

因此可以得到結(jié)論：用三維定量相位顯微技術(shù)對(duì)不同狀態(tài)下的巨噬細(xì)胞形態(tài)進(jìn)行研究，可以通過其大小以及折射率，結(jié)合已知巨噬細(xì)胞形態(tài)學(xué)知識(shí)，判斷巨噬細(xì)胞的異常和所處階段，并借此判斷機(jī)體是否受感染以及感染的嚴(yán)重程度。