问题——三维肿瘤模型“看得见”仍不够“看得准”。 肿瘤基础研究与新药研发中，类器官、球状体等三维培养模型因能较好模拟肿瘤组织结构与微环境，被广泛用于机制探索、药物筛选与个体化治疗评估。然而，长期以来，三维模型的成像与定量分析面临多重掣肘：一是依赖荧光标记，可能干扰细胞状态，且存在光漂白与毒性风险；二是样本制备与处理流程复杂，不利于长期连续观测；三是成像深度、视场与分辨率难以兼顾，导致对“异质性”和“稀有细胞”捕捉不足。如何在不破坏样本的前提下，持续、精确地获取三维模型的结构与功能信息，成为制约临床前研究效率与可靠性的关键瓶颈。 原因——传统光学路径难以同时满足结构对比与分子特异。 业内普遍使用的显微成像手段各有短板：侧重结构成像者，分子对比能力不足；依赖分子探针者，又难以做到无标记与长期稳定观测。同时，肿瘤本身呈现显著异质性，药物作用下不同细胞群体反应不一，少量耐受细胞可能决定后续复发风险。若无法对三维结构中少量细胞进行精准定位和长期跟踪，药效评估容易“平均化”，难以揭示真正决定疗效的关键生物学过程。 影响——新系统提升三维模型可观测性，拓展药效评估维度。 研究团队在多模态成像与自动化分析上提出新方案：构建光相干显微与光声显微相结合的多模态系统，实现结构信息与特异性吸收对比的互补，并配套智能算法用于分割、追踪与活力判别。研究设置多组实验验证其药物反应解析、活力判别及稀有细胞识别上的能力。 其一，类器官长期纵向观测上，研究人员利用光相干显微模式对乳腺癌类器官进行为期21天的连续成像，比较化疗药物卡铂处理组与对照组的生长轨迹。结果显示，对照组类器官增殖迅速并出现融合趋势；药物处理后，多数类器官生长受到明显抑制，但仍有少数类器官呈现“先停滞、后反弹”的生长模式，表现出类似耐受持留细胞的特征。继续的定量分析提示，药物处理组内部不同类器官响应差异显著，且停药后出现体积快速增长的个体，为理解药物压力下的选择与适应过程提供了可量化依据。 其二，在无标记活力识别上，研究团队基于纹理特征提取方法建立自动分类模型，以荧光染色结果作为参照，从光相干显微图像中提取关键特征并构建分类器，实现对高活力与低活力类器官的自动判别，对应的指标显示具有较高区分能力。将该模型应用于纵向数据后可见：处于持续停滞状态的类器官多被判定为低活力，而呈现耐受样反弹生长的类器官更倾向被判定为高活力，分类结果与实际生长表现相吻合。该路径为不扰动样本、连续评估类器官生理状态提供了可行方案，有助于提高药效测试的连续性与标准化程度。 其三，稀有细胞检测上，为弥补纯结构成像对分子信息不足的短板，研究引入光声显微模态，利用黑色素的吸收特性建立对比。研究人员将黑色素阳性的黑色素瘤细胞与黑色素阴性的乳腺癌细胞按不同比例混合构建三维球状体模型。融合成像显示，光相干显微提供整体形态学框架，光声显微则能对黑色素阳性细胞产生特异信号。即使黑色素阳性细胞占比低至1%，系统仍能三维结构中实现定位，说明了对稀疏分布细胞的检测灵敏度。该能力为识别肿瘤模型中的稀有耐药细胞、转移相关细胞群等提供了新的观测窗口。 对策——以“多模态成像+自动化分析”回应临床前研究需求。 从方法学角度看，上述进展体现了两条路径的协同：一是以多模态互补提升信息完整度，兼顾结构分辨与特异对比；二是以自动化算法提升数据处理效率，减少人为主观性，提高可重复性。对药物筛选而言，这种组合有望把评价指标从单次终点读数扩展为“全过程轨迹”，并进一步刻画群体异质性与稀有细胞行为，为药效、耐受与复发风险的前期判断提供更多维度的证据。 前景——推动体外模型向“可量化、可追踪、可比较”升级。 业内人士认为，随着类器官与球状体在药物研发、精准医学中的应用不断扩大，成像手段正从“能看到”向“能定量、能预测”演进。未来，若该类系统在成像深度、通量化、标准操作流程与跨实验室一致性上完善，并与药物筛选平台、数据标准体系相衔接，有望提升临床前研究效率，促进从实验室发现到转化应用的衔接。同时，围绕稀有细胞识别、耐药形成过程追踪等关键科学问题，长期动态、无标记的观测能力将为阐明肿瘤演化机制提供更坚实的证据基础。
这项自主创新的技术突破，不仅代表了我国在高端医疗设备领域的重要进展，更为全球癌症研究贡献了新方案。随着技术完善，其应用可延伸至器官发育、神经科学等领域，为医学研究开辟新途径。