通过水凝胶组织膨胀与多模态图像融合实现成像质谱的迭代空间分辨率增强

成像质谱（IMS）的像素尺寸从根本上受到多种因素的限制，包括入射探针的直径以及样品台的光栅步长。我们此前已经证明，最初为显微镜成像开发的基于水凝胶的组织膨胀技术（ExM），同样可以适用于成像质谱，通过物理方式放大组织的尺寸。膨胀成像质谱（ExIMS）利用一种超吸水性水凝胶对薄层组织切片进行各向同性膨胀，随后可通过成像质谱对其进行采样，从而提高有效空间分辨率。 另一方面，多模态图像融合已被用于通过计算方式上采样成像质谱的有效空间分辨率，其方法是将质谱强度值预测性地映射到同一组织切片显微图像中更小直径的像素尺寸上。在此，我们提出 ExFusion，这是一种统一的工作流程，将这两种方法结合起来：对来自同一份膨胀 9.4 倍的小鼠脑组织的、具有精细结构信息的荧光 ExM 数据与具有精细化学信息的脂质 ExIMS 数据进行计算融合。在图像融合实现 10 倍上采样后，多模态膨胀图像融合使得能够在商用质谱仪上、采用 10 μm 光栅步长的条件下，预测像素尺寸约为 106 nm 的 MS 图像。在这一分辨率下，小脑浦肯野细胞中的脂质及其细胞内分布能够被清晰界定。

成像质谱（IMS）的像素尺寸从根本上受多种因素限制，包括入射探针的直径以及样品平台的光栅步长。我们此前已经证明，最初为显微成像（ExM）开发的基于水凝胶的组织膨胀方法，也可适用于成像质谱，通过物理方式放大组织尺寸。膨胀成像质谱（ExIMS）利用一种超吸水性水凝胶对薄层组织切片进行各向同性膨胀，随后可通过成像质谱对其进行采样，从而提高有效空间分辨率。

另一方面，多模态图像融合已被用于通过计算方式上采样成像质谱的有效空间分辨率，其方法是将质谱强度值预测性地映射到同一组织切片显微图像中直径更小的像素尺寸上。在此，我们提出 ExFusion，这是一种统一的工作流程，将这两种方法结合起来，对来自同一份膨胀 9.4 倍的小鼠脑组织的结构细节丰富的荧光 ExM 数据与化学细节丰富的脂质 ExIMS 数据进行计算融合。在经过图像融合实现 10 倍上采样后，多模态膨胀图像融合能够在商业质谱仪上、使用 10 μm 光栅步长的条件下，预测像素尺寸约为 106 nm 的 MS 图像。在这一分辨率下，小脑浦肯野细胞中的脂质及其细胞内分布得到了清晰界定。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.03.729902v1?rss=1

🏷️ 成像质谱 组织膨胀显微 多模态图像融合 空间分辨率增强 小鼠脑组织