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【免费】第七届单细胞与空间组学论坛
近日，复旦大学施立雪/季敏标团队在国际顶级学术期刊《Cell》发表一项创新成果：研究团队开发了一种名为ULTRA（Ultra-rapid Cleared Stimulated Raman with AI）的新型三维组织学平台，能够在短短30分钟内完成对完整组织标本的高分辨率三维病理成像，将传统需要数天甚至数周的组织学分析压缩至手术可接受的实时时间窗口内，为脑胶质瘤等恶性肿瘤的术中精准切除提供了革命性工具。
图形摘要
从二维切片到三维全景：组织病理学的范式转变
传统的组织病理学依赖于将组织标本切成极薄的切片，再进行染色后在显微镜下观察。这种方法虽然成熟可靠，但其本质上是将三维立体组织降维成二维平面进行分析，不可避免地会遗漏大量重要的空间信息。尤其是在脑胶质瘤这类具有高度异质性和弥漫性浸润特征的肿瘤中，肿瘤细胞常常沿着神经纤维束、血管周围间隙等结构呈三维方式扩散，传统的二维切片难以全面评估肿瘤的真实边界。
近年来，三维组织学技术取得了长足进步，能够对整个组织标本进行体积成像，揭示微观结构的立体分布。然而，现有的三维成像方法往往需要数小时甚至数天的处理时间，远远无法满足手术中对快速病理诊断的需求——在手术过程中，外科医生需要在几分钟到几十分钟内获得病理结果，以便决定是否需要扩大切除范围。
革命性工具ULTRA：三大技术创新铸就术中利器
研究团队开发的ULTRA平台通过三大核心技术突破，成功实现了术中时间尺度上的高质量三维组织病理成像：
第一，超快速组织透明化。组织透明化是三维成像的关键前提——只有让组织变得透明，光线才能穿透深层结构。研究团队开发了一站式组织透明化方案，能够在极短时间内使组织样本达到光学透明状态，为后续的无标记成像奠定基础。
第二，无标记受激拉曼散射成像。与传统的化学染色不同，ULTRA利用受激拉曼散射（SRS）显微镜技术，直接探测组织内源性分子的化学键振动信号，无需任何外源性染料或抗体标记。这一特性不仅避免了染色过程中的时间和试剂消耗，更消除了染色不均等人为误差。SRS成像能够清晰区分细胞核、胶原纤维、脂质等不同组织成分，产生与石蜡包埋切片（FFPE）染色相媲美的“虚拟组织学”图像。
第三，基于无监督学习的智能分析算法。研究团队开发了专门的人工智能算法，能够自动将从SRS获取的多通道化学信息转化为标准化的虚拟病理图像。这一算法无需人工标注训练数据，大大降低了临床应用的门槛。
临床验证：单细胞精度解析胶质瘤浸润边界
在人体手术切除的脑胶质瘤标本中，ULTRA平台展现出了令人瞩目的性能。研究团队对完整的胶质瘤组织块进行了三维成像，成功解析了从肿瘤核心到周边正常组织的连续过渡区域。与传统二维切片相比，ULTRA揭示了一个重要发现：胶质瘤细胞的浸润呈现明显的深度依赖性异质性——在不同深度层面，肿瘤细胞的密度、分布模式以及与周围微环境的关系存在显著差异。
更为重要的是，ULTRA能够在单细胞分辨率水平上精确描绘肿瘤浸润边界。这意味着外科医生可以在手术中获得肿瘤是否已经完全切除的实时反馈，从而做出更加明智的手术决策——既要彻底清除肿瘤，又要最大限度地保留正常脑组织功能。
研究意义与未来展望
ULTRA技术的问世标志着术中病理诊断迈入三维时代。目前ULTRA平台已经在脑胶质瘤中得到了充分验证，未来有望扩展到其他实体肿瘤如乳腺癌、肺癌、前列腺癌等的术中评估。此外，随着成像速度和分辨率的进一步提升，ULTRA技术还有望应用于术前活检标本的快速诊断，缩短患者等待病理报告的时间。
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00824-X
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