成像非中心对称的肌腱结构组织干涉测量的二次谐波产生显微观察显示,其结构是由正负极性原纤维之间的比例不平衡的结构域组成。
二次谐波产生(SHG)显微镜是生物医学成像的有力技术,尤其是富含I/III型胶原的结缔组织、富含II型胶原的软骨组织、肌肉的肌球蛋白带和微管。所有这些生物结构的一个共同方面是它们由非中心对称蛋白质组成。
平均而言,一个组织包含等量的每极性纤维。由于I型胶原原纤维的直径在几十到几百纳米的范围内,小于非线性光学显微镜提供的光学分辨率,因此不清楚为什么在富含I型胶原蛋白质的组织(如肌腱)中存在基于SHG过程的成像对比度。
使用SHG显微镜,不可能确定被测信号的相位。信号的相位是我们感兴趣的,因为它可以提供有关组织非中心对称结构之间相对方向的相关信息。来自加拿大、德国和英国的研究人员使用了干涉二次谐波产生(ISHG)显微镜,这是SHG显微镜和干涉测量学的结合,以规避这一限制。
通过对肌腱(一种富含I型胶原的组织)进行成像,由国家科学研究所(加拿大瓦伦内斯)的弗朗索瓦·莱加里(François Légaré)领导的团队通过ISHG获得了有关其非中心对称结构组织的重要信息。
研究人员观察到,非中心对称结构组织可沿原纤轴维持150µm以上,横向维持约1–15µm。为了解释,他们对纤维样品中的SHG进行了数值模拟。他们将肌腱建模为非中心对称纳米柱(胶原纤维)的非均匀分布,平行轴沿纤维轴定向。这是一个很好的近似值,因为胶原纤维在结缔组织中排列得很好。
实验SHG相分布与肌腱理论模型的比较支持以下理论:纤维群形成宏观区域,其中正负极性纤维之间的比率不平衡。组织中不同位置的这一部分的波动解释了用标准SHG显微镜观察亮区的原因。
除了有助于更好地理解这些结构问题外,ISHG显微镜也可能有助于阐明机电细胞信号以及压电调制的力学行为。