维度网讯，新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University, Singapore）团队开发了一种无需外源性标记的成像策略，利用宽场干涉散射（iSCAT）显微镜绘制活细胞中的亚细胞动力学图谱。该研究发表在《PhotoniX Life》上，通过对iSCAT图像序列中随机波动的统计分析，在不添加标记的情况下揭示细胞状态和动态异质性。

细胞作为动态系统，其内部细胞器、大分子、膜和细胞骨架结构存在热运动与主动运动，这些运动与亚细胞结构和能量状态相关。直接可视化活细胞中这些快速且空间异质的运动具有挑战，且常见的外源性标记可能干扰细胞行为。

为应对该挑战，研究团队对高速iSCAT时间序列的功率谱密度（PSD）进行了全场分析。在多种细胞类型中，观察到30–1250赫兹范围内，大多数细胞区域的iSCAT信号PSD遵循逆幂律关系：S(f)=βf⁻α。拟合的谱指数（α）和振幅（β）分别反映亚细胞运动的特征和强度。通过将α编码为色调、β编码为明度、拟合优度（R²）编码为饱和度，在色调-饱和度-明度（HSV）空间中生成二维谱指数图，以反映细胞动力学的空间分布。

实验结果显示，该方法可实现细胞状态变化的无标记可视化。在HeLa细胞中，谱指数图清晰区分有丝分裂期与间期细胞，并追踪有丝分裂过程中的动态转变。在过氧化氢诱导的凋亡细胞中，谱指数图显示异质性增加，高α区域与凋亡相关的膜起泡相关。该图还捕捉到甲状腺癌细胞亚型中与恶性程度相关的差异：乳头状甲状腺癌（PTC）、滤泡状甲状腺癌（FTC）和未分化甲状腺癌（ATC）细胞随恶性程度增加，其中位谱指数值逐渐降低。

研究结果表明，宽场iSCAT成像结合功率谱指数分析可作为细胞状态的内在光学读数。由于无需外源性标记，该方法可能在纵向活细胞研究、力学生物学、癌症研究以及干细胞治疗的质量评估中具有应用潜力。

参见文章：“Label-free mapping of subcellular dynamics using wide-field interferometric scattering microscopy and spectral exponent analysis.” PhotoniX Life. doi: 10.3724/PXLIFE.2025-0012

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