头部作为感官刺激的通道，其发育和演变一直是研究的焦点。尽管对不同脊椎动物头部发育的理解取得了显著进展，但对人类早期头部发育的知识仍然有限。

本研究使用了光片荧光显微镜（Light-sheet fluorescence microscope，LSFM）技术来生成人类头部胚胎发育的三维图像。这种技术使得研究者能够在三维空间内对特定细胞进行可视化，并映射其位置。

图1.图文摘要

在进行LSFM成像之前，样本需要经过一系列的透明化及染色处理步骤，包括固定、脱钙、漂白和免疫染色。这些步骤有助于提高图像质量，减少背景噪声，并增强特定结构的对比度。本研究处理了76个样本，包括27个胚胎和49个胎儿，涵盖了从妊娠后第五周到第十三周的发育阶段。进行了400次LSFM扫描，每个样本最多可以成像4个独立的通道。这代表了超过5亿个单独的数字切片，数据量接近70TB。通过虚拟现实（VR）界面和图像处理软件进行图像处理和分析。

锘海自主研发LS18平铺光片显微镜可实现整鼠、小鼠全脑、心脏、脊髓、骨骼、肾脏、肝脏、乳腺、胰腺、肺、脂肪及肿瘤等小动物完整器官3D结构呈现。“平铺光片技术”解决了传统光片显微镜中空间分辨率、光学层析能力和成像视野大小之间的矛盾，满足高通量、准确定位的荧光成像分析需求。通过调整成像分辨率、速度、放大倍数等参数以及样本的处理方法，以获得微米级、亚微米级甚至百纳米级三维空间分辨率的多色组织结构信息。广泛应用于神经、发育、肿瘤、等基础生物科研领域以及药物开发、药效检测、临床病理检测等医药领域。为方便广大科研工作者，我们亦提供灌注取材、组织透明化荧光染色、平铺光片显微镜3D荧光成像、数据分析、数据存储等一站式科研服务。

图2.人类软骨颅发展的三维分析

研究结果

1、头部器官发育序列：通过光片荧光显微镜3D成像技术，揭示了人类头部器官在妊娠期间的发育顺序。

2、唾液腺形态发生：研究发现唾液腺的形态发生是不对称的，并表现出个体间的差异。

3、头部骨骼发育：本研究详细描述了头部骨骼的发育，特别是颅底软骨的模式和生长，以及颅底各组成部分的起源和组装。

4、头肌和神经发育：研究展示了头肌和颈部肌肉的发育，以及它们的神经支配，包括眼肌、舌肌和面部表情肌。

图3.人类胚胎头部和颈部肌肉发育的3D分析

5、外分泌腺发育：研究提供了人类外分泌腺（如唾液腺和泪腺）的分支形态发生的见解，这些腺体由多个个体亚腺体组成，它们以不同的速率和模式进行扩展和分支。

6、头颈部动脉发育：研究分析了头颈部动脉的三维组织和发育，包括颈外动脉和眼动脉的组装，以及大脑后动脉（PCA）的起源。

7、虚拟现实和互动3D工具：这些工具被用来增强我们对人类发育的理解，并通过Hudeca.com网站提供了一个网络界面和图像数据库，用于探索和学习人类胚胎学。

图4.人类眼肌系统的发育

研究意义

本研究提供了关于人类胚胎头部发育的详细研究，包括了使用先进的免疫染色和LSFM成像技术生成的人类头部胚胎发育的三维细胞图谱。展示了人类胚胎头部和颈部动脉的3D重建，以及骨骼和其他结构的发育。对揭示了人类头部器官在妊娠期间的发育序列。发现唾液腺的形态发生是不对称的，并表现出个体间变异。提供了人类外分泌腺分支形态发生和神经血管及骨骼肌肉结构发育特征的新见解。对于理解颅面缺陷和神经系统疾病，以及推进诊断和治疗策略的发展具有重要意义。

文献链接：A-tridimensional-atlas-of-the-developing-human-hea.pdf

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