bioRxiv 重磅|Tomocube HT-X1 攻克 3D 心脏球体定量难题，缺血损伤蛋白变化精准可视化

基于全息断层成像，精准捕捉缺血心肌蛋白细微损伤，心血管类器官研究全新标准化方案上线

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【导读栏】
传统荧光染色光毒干扰、BCA 裂解丢失空间信息？英国萨里大学团队利用 Tomocube HT-X1 全息断层成像，搭建完整心脏球体定量工作流，无需外源染料，原位三维检测干质量、蛋白浓度，直观证实心外膜细胞对心肌的保护作用，为心梗建模、药物心脏毒性筛选提供金标准成像平台。

???? 行业痛点｜3D 心脏模型研究难在哪？

心脏球体（Cardioid / EpiCardioid）是体外模拟心肌梗死、药物心肌毒性、心脏纤维化的核心工具，完美弥补 2D 单层细胞缺失细胞-基质互作的缺陷，但现有检测手段全部存在硬伤：

• ❌ 共聚焦荧光成像
  必须添加荧光染料，长期观测产生光漂白、光毒性，干扰细胞真实生理状态；
  厚球体内部光散射严重，深层结构信号丢失，仅能定性观察，无法全局定量蛋白密度。

• ❌ BCA 蛋白裂解检测
   需要彻底裂解样本，直接销毁 3D 空间分布信息，无法定位局部损伤区域;
   致密心脏球体裂解不完全，检测下限高，轻微缺血损伤无统计学差异。

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针对以上瓶颈，萨里大学团队选用 Tomocube HT-X1 低相干全息断层成像系统，搭建可直接复刻的标准化类器官分析流程。

???? 核心设备|Tomocube HT-X1 全息断层成像优势

HT（Holotomography）三维全息断层成像，依靠生物自身折射率（RI）差异成像，是专为类器官、厚组织打造的无标记定量平台：

• ✅ 零染色・无光损伤
  无需荧光探针，不扰动细胞生理，支持长时程动态观测，彻底规避染料带来实验偏差。

• ✅ 三维层析・原位定量
  配套 TomoAnalysis 分析软件，一键输出总干质量、平均折射率、单位体积蛋白浓度三维量化数据，不用裂解样本。

• ✅ 多模态一体化
  无标记全息成像 + 3 通道荧光联动，既能全局蛋白定量，又可标记特定分子定位。

• ✅ 高通量多孔适配
  兼容多孔板自动化成像，适合大规模药物筛选、多批次类器官平行实验。

???? 文献实验|标准化心脏球体 HT 工作流

1. 四种造球方法筛选

团队对比 4 种经典 3D 球体培养方案，淘汰两类缺陷方案：

• ❌ 悬滴 / 沉淀法：球体大小不均、重复性极差，排除
• ❌ 磁悬浮法：纳米颗粒造成严重光吸收，HT 成像失效，排除
• ✅ ULA 超低吸附 96 孔板：单孔单颗球体，形态均匀，作为标准造球体系

2. 可直接复刻的 HT 完整操作流程

1. ULA 培养 Cardioid（纯心肌球）/ EpiCardioid（含心外膜细胞）
2. 样本固定，制备 30 μm 冰冻切片（核心优化：规避厚球体多重散射）
3. Tomocube HT-X1 采集多角度全息图像，完成 3D 折射率层析重建
   TomoAnalysis 软件自动分割、批量输出定量指标
   
   
   

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???? 关键提醒：甘油果糖 / ScaleS 透明液会消除折射率对比度，HT 定量样本禁止透明处理。

???? 三大突破性科研结论

结论 1：HT 灵敏度碾压传统 BCA 生化检测

实验构建缺氧 / 复氧（H/R）心梗体外模型模拟缺血损伤：

• BCA 裂解检测：仅能看到蛋白下降趋势，无统计学差异
• Tomocube HT-X1：清晰检测球体折射率、蛋白浓度显著降低（p < 0.01）

原因：BCA 是整体平均数值，丢失局部病变;HT 实现原位三维空间定量，捕捉微小组织蛋白降解。

结论 2：心外膜细胞重塑组织基础蛋白稳态

对比有无 EPDC（心外膜）的两类心脏球体：

• 整体总干质量无明显变化
• EpiCardioid 单位体积蛋白浓度、平均折射率显著更低

机制：心外膜细胞发生 EMT 转化，分泌 MMP 基质金属蛋白酶降解胞外基质，HT 可直接量化基质密度变化，为心外膜重塑机制提供直观数据。

结论 3：细胞死亡 ≠ 组织结构性损伤（全新研究视角）

• 死细胞 EthD1 荧光染色：缺氧处理后，两种球体凋亡细胞数量接近
• HT 定量结果：仅纯心肌 Cardioid 出现大量蛋白流失，含 EPDC 球体蛋白保持稳定

???? 核心发现：心外膜细胞缺血时分泌 VEGF、HGF 等保护因子，维持组织蛋白稳态;仅靠活死染色会低估心肌损伤，HT 蛋白定量是必备补充检测手段。

???? 全场景应用|Tomocube 适配心血管所有研究方向

• 心脏类器官疾病建模
  心梗缺血、心肌纤维化、心律失常体外模型，原位定量基质、蛋白局部损伤，突破荧光定性局限。

• 新药心脏毒性高通量筛选
  无标记无耗材，无光毒性干扰真实药效；批量自动化检测，精准捕捉亚临床心肌损伤，降低药物研发漏检风险。

• 心肌-心外膜互作、ECM 重塑基础研究
  直接量化胞外基质密度动态变化，追踪上皮间质转化、纤维化全过程生物物理特征。

• 通用 3D 微组织平台
  肠道、肿瘤、神经类器官均可复用这套切片 + HT 定量方案，一台设备覆盖多领域 3D 模型研究。

???? 文献 & 设备总结

文献价值

• 全球首套适配厚心脏类器官的 HT 标准化定量实验流程，解决行业长期定量难题
• 无标记原位检测，样本无损伤，数据更贴合体内真实生理状态
• 区分 「细胞凋亡」 与 「组织蛋白稳态」 两个独立病理指标，开辟心肌修复全新研究思路
• 自动化批量分析，大幅降低染色、裂解耗材成本，缩短筛选周期

文献设备信息

• ???? 文献：Sackho K, Holotomography Reveals Protein Concentration Changes in Cardiac Spheroids, bioRxiv, 2026
• ???? 成像系统：Tomocube HT-X1 无标记全息断层成像
• ???? 配套软件：TomoAnalysis 专业定量分析软件

???? 文末互动

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如果你正在开展心脏类器官、3D 微组织、药物心脏毒性筛选，被荧光光毒、生化灵敏度低等问题困扰，欢迎私信预约样机演示，共同探讨心脏球体 HT 标准化实验方案！