使用光片显微镜进行人类早期大脑类器官发育 的形态动力学研究

快速组织和腔体生长的早期阶段

涉及腔体融合事件的组织稳定阶段

神经上皮成熟的最终阶段

图3.外源性细胞外基质对大脑类器官形态发生的影响。a) 类器官投影（第 7 天）显示 16 个同时图像采集，展示核膜（Lamin，RFP，橙色）、质膜标记（CAAX，RFP，橙色）、肌动蛋白（GFP，青色）、微管蛋白（RFP，橙色）和细胞核（组蛋白，GFP，青色）。最大投影（左）和横截面（右）b) 来自同一类器官在不同时间点的静态图，显示横截面并突出腔体形态（虚线）c) 类器官的横截面显示分段腔体和类器官上皮分割图。d) 第 4-9 天每天测量的类器官总体积e) 图表显示随时间变化的所有腔体的总体积f) 图表显示随时间变化的分段腔体总数的变化。g) 类器官的横截面显示腔体形成和融合的过程m) 细胞外微环境的示意图及与之对应的明场图像，显示用 Matrigel（外部 ECM）培养的类器官、没有任何外部嵌入（内部 ECM）和低熔点琼脂嵌入（扩散屏障）。n) 示意图显示光片实验设置，以获取不同嵌入处理的 16 倍类器官的同步成像。o) 第 9 天的图像静帧，显示没有任何嵌入和带有琼脂扩散屏障的类器官的最大投影（左）和横截面（右）。p) 用 Matrigel 培养的类器官、没有基质和带有扩散屏障的类器官中分段腔的 3D 渲染。q-r) 图表显示从第 4 天到第 9 天每天测量的所有成像类器官的总体积（q）、分段腔的总数变化（r）以及所有腔的总容量随时间的变化（s）误差条表示标准差。t) 图像显示了在使用基质胶或无基质生长的类器官（第 15 天）上进行免疫组化实验的横截面，并染色以显示细胞核（DAPI）、COL4A1 和 CDH2。所有图像的比例尺为 100 μm。

图4. 使用接多路多位点细胞标签的细胞和细胞核形态转变。a)分析策略示意图。b) 第 6 天的类器官最大强度投影，标记有核膜（Lamin，RFP，粉色）、质膜（CAAX，RFP，粉色）、肌动蛋白（GFP，绿色）、微管蛋白（RFP，粉色）和细胞核（组蛋白，GFP，绿色）c) 解通道图像（Lamin，深棕色；CAAX，橙色；肌动蛋白，蓝色；微管蛋白，品红色；组蛋白，绿色） d) 基于形态特征提取的所有解多通道标签的 PAGA 初始化 UMAP 嵌入。e) PAGA 初始化 UMAP 嵌入显示肌动蛋白、微管蛋白和 CAAX 标签的轴长变化，以及使用组蛋白和 Lamin 分割测量的细胞核体积变化。PAGA 图显示平均簇年龄（天数）的变化，节点大小表示一个簇内的细胞数量，边宽反映两个簇之间的连接强度。f) 在 matrigel 条件下，所有细胞（肌动蛋白）按其对齐指数（与最近的类器官表面法线的绝对余弦角）着色。比例范围为 0-1，其中 1（红色）对应于与类器官表面垂直对齐的细胞。g) PAGA 初始化的 UMAP 嵌入和 PAGA 图显示使用从基质胶、无基质和琼脂糖条件下分割的细胞的细胞形态类型聚类。图基于提取的所有分割细胞（肌动蛋白）的形态测量。h) PAGA 初始化的 UMAP 嵌入显示细胞轴比随时间变化，并叠加显示使用 PAGA 图的平均聚类年龄。PAGA 图根据聚类的平均年龄从浅灰色到黑色进行颜色编码。i) 每个形态类型聚类的示例细胞（肌动蛋白）。j) 显示标记有肌动蛋白的细胞的类器官示例图像，显示按其形态类型聚类着色的细胞。k) 堆叠条形图显示在基质胶、无基质和琼脂糖条件下各个肌动蛋白形态类型聚类中细胞的比例。l) 图像显示在第 6 天基质胶条件下的细胞（肌动蛋白）根据细胞对齐指数着色，以及在第 9 天无基质和琼脂糖条件下的细胞。m) 小提琴图显示在第 4 天到第 12 天所有三种条件下所有分割细胞的细胞对齐（肌动蛋白）值。n) 线图显示在三种条件下香农指数的变化，基于随时间变化的每个簇的细胞数量（基质胶 (n=3)、无基质 (n=3) 和琼脂糖 (n=3)）。