通过体积时空图像相关光谱学 (vSTICS) 对 Growing cells 中动态 3D 传输进行定量映射

对三维 (3D) 流、扩散和颗粒密度进行定量映射在密集的活细胞中仍具有挑战，因为大多数动态光学显微镜测量实际上是平面的，且现有分析方法在处理稠密、嘈杂的体数据方面困难。我们提出体积时空图像相关光谱学 (vSTICS)，该框架从 3D 荧光时间序列中恢复体素分辨率的流速、扩散系数和颗粒密度。通过场合成晶体光学片显微镜成像的 Growing Camellia japonica 粉刷管，应用局部 3D 时空相关分析于重叠的体积样本上，生成 velocity、扩散和密度的图。用人工合成的 flow-diffusion 模拟验证表明，该方法能够准确恢复所设定的传输参数，包括接近 $3$ $\mu$m s$^{-1}$ 的速度和 $10^{-3}$ $\mu$m$^2$ s$^{-1}$ 级别的扩散系数。荧光微珠实验验证了颗粒数和点扩散函数的读出，并测得 gel 中扩散系数为 $0.3 \pm 0.1$ $\mu$m$^2$ s$^{-1}$，与 imaging-FCS 测得的 $0.5 \pm 0.2$ $\mu$m$^2$ s$^{-1}$ 一致。应用于粉刷管中的线粒体，vSTICS 解析出双向反向喷泉模式，呈现慢速正向运输 ($0.1$-$1$ $\mu$m s$^{-1}$) 和速度峰值接近 $3$ $\mu$m s$^{-1}$ 的快速逆向运动，另外约 $2$ $\mu$m 宽的逆向走廊。密度和扩散图显示更稠密、更具迁移性的核心区域，以及更高的周边扩散。高密度亚衍射 vesicle 映射产生类似的速度图谱，粒子密度约高十倍。这些结果表明 vSTICS 是一种实用的 3D 细胞内传输定量映射方法，并通过揭示主要为横向循环的非对称性，细化了反向喷泉模型。