在近几十年关于哺乳动物早期发育的研究中，对于原肠胚时期的细胞行为及组织、器官形成的动态过程，我们都不能很好地阐明。这其中原因主要存在于小鼠胚胎的培养过程。

首先，胚胎的快速生长、复杂的光学性质和密集的细胞结构在发育过程中不断变化限制了高分辨率成像；其次，胚胎需要光散射、自荧光血清才能正常发育；同时，由于其体积的快速膨胀，胚胎不能被机械地限制；另外，小鼠胚胎非常感光的特性还限制了在不损害其发育的情况下所能承受的光量。

为解决上述问题，我们需要更加先进的能够系统跟踪胚胎发育过程中细胞动态的实时成像和图像分析技术。

近日国际顶级期刊《Cell》上发表的文章“In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development at the Single-Cell Level”中，来自霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的一支团队研发出了一种新型显微技术实现了对小鼠胚胎时期的细胞行为的跟踪。之前有研究发现，如果使用一层激光沿着探测焦平面有选择地照亮胚胎，一次照亮整个切片，就可以大大减少胚胎暴露在光照下的光量，并在不影响生存能力的情况下显著提高时间分辨率。因此，该团队开发了一种薄层显微镜，其能够在高时空分辨率下培养小鼠胚胎并在原肠胚到形成早期器官这一时间段内将其成像。

薄层显微镜具体原理

1、自动测量并补偿胚胎光学性质和几何形状的不断变化，以此优化空间分辨率

2、通过制定目标尽量减少光散射血清中的光程长度

3、持续跟踪胚胎的三维运动和生长

4、用最小的光毒性并以逐渐增加的方式达到不干扰胚胎生长的目的

图为薄层显微镜具体原理

因为如上原理，此光学薄片显微镜能够适应胚胎的快速生长和复杂的光学特性，同时让胚胎能够在连续成像的时间段内保持生存能力。

除此以外，为从复杂和庞大的图像中提取具有生物学意义的信息，该团队还开发了一个用于重建长期细胞轨迹、细胞分裂、动态命运图以及整个胚胎的组织形态形成图的计算框架，主要包括：以两个细胞直径为平均精度进行完整48小时的长期细胞跟踪;对胚胎细胞分裂进行稳定性检测;构建高分辨率动态命运图和组织形态动力学时空图;对多个胚胎进行时空登记，以统计量化个体发育过程中的细胞动力学和变异。