Significance: Accessible tools are needed for rapid, non-destructive imaging of patient-derived cancer organoid (PCO) treatment response to accelerate drug discovery and streamline treatment planning for individual patients. Aim: To segment and track individual PCOs with wide-field one-photon redox imaging to extract morphological and metabolic variables of treatment response. Approach: Redox imaging of the endogenous fluorophores, nicotinamide dinucleotide (NADH), nicotinamide dinucleotide phosphate (NADPH), and flavin adenine dinucleotide (FAD), was used to monitor the metabolic state and morphology of PCOs. Redox imaging was performed on a wide-field one-photon epifluorescence microscope to evaluate drug response in two colorectal PCO lines. An automated image analysis framework was developed to track PCOs across multiple time points over 48 h. Variables quantified for each PCO captured metabolic and morphological response to drug treatment, including the optical redox ratio (ORR) and organoid area. Results: The ORR (NAD(P)H/(FAD + NAD(P)H)) was independent of PCO morphology pretreatment. Drugs that induced cell death decreased the ORR and growth rate compared to control. Multivariate analysis of redox and morphology variables identified distinct PCO subpopulations. Single-organoid tracking improved sensitivity to drug treatment compared to pooled organoid analysis. Conclusions: Wide-field one-photon redox imaging can monitor metabolic and morphological changes on a single organoid-level, providing an accessible, non-destructive tool to screen drugs in patient-matched samples.

中文翻译：

---

使用宽视场单光子氧化还原成像跟踪患者衍生的癌症类器官以评估治疗反应

意义：需要可访问的工具对源自患者的癌症类器官 (PCO) 治疗反应进行快速、无损成像，以加快药物发现并简化个体患者的治疗计划。目的：使用宽场单光子氧化还原成像分割和跟踪个体 PCO，以提取治疗反应的形态和代谢变量。方法：内源性荧光团、烟酰胺二核苷酸 (NADH)、烟酰胺二核苷酸磷酸 (NADPH) 和黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 的氧化还原成像用于监测 PCO 的代谢状态和形态。在宽视野单光子落射荧光显微镜上进行氧化还原成像，以评估两条结肠直肠 PCO 线的药物反应。开发了一个自动图像分析框架来跟踪 48 小时内多个时间点的 PCO。每个 PCO 的量化变量捕获了对药物治疗的代谢和形态学反应，包括光学氧化还原比 (ORR) 和类器官面积。结果：ORR (NAD(P)H/(FAD + NAD(P)H)) 与 PCO 形态预处理无关。与对照相比，诱导细胞死亡的药物降低了 ORR 和生长速率。氧化还原和形态变量的多变量分析确定了不同的 PCO 亚群。与汇集类器官分析相比，单一类器官追踪提高了对药物治疗的敏感性。结论：宽场单光子氧化还原成像可以在单个类器官水平上监测代谢和形态学变化，提供一种易于使用的无损工具来筛选患者匹配样本中的药物。包括光学氧化还原比（ORR）和类器官面积。结果：ORR (NAD(P)H/(FAD + NAD(P)H)) 与 PCO 形态预处理无关。与对照相比，诱导细胞死亡的药物降低了 ORR 和生长速率。氧化还原和形态变量的多变量分析确定了不同的 PCO 亚群。与汇集类器官分析相比，单一类器官追踪提高了对药物治疗的敏感性。结论：宽视场单光子氧化还原成像可以在单个类器官水平上监测代谢和形态变化，提供了一种可访问的、无损的工具来筛选患者匹配样本中的药物。包括光学氧化还原比（ORR）和类器官面积。结果：ORR (NAD(P)H/(FAD + NAD(P)H)) 与 PCO 形态预处理无关。与对照相比，诱导细胞死亡的药物降低了 ORR 和生长速率。氧化还原和形态变量的多变量分析确定了不同的 PCO 亚群。与汇集类器官分析相比，单一类器官追踪提高了对药物治疗的敏感性。结论：宽视场单光子氧化还原成像可以在单个类器官水平上监测代谢和形态变化，提供了一种可访问的、无损的工具来筛选患者匹配样本中的药物。与对照相比，诱导细胞死亡的药物降低了 ORR 和生长速率。氧化还原和形态变量的多变量分析确定了不同的 PCO 亚群。与汇集类器官分析相比，单一类器官追踪提高了对药物治疗的敏感性。结论：宽视场单光子氧化还原成像可以在单个类器官水平上监测代谢和形态变化，提供了一种可访问的、无损的工具来筛选患者匹配样本中的药物。与对照相比，诱导细胞死亡的药物降低了 ORR 和生长速率。氧化还原和形态变量的多变量分析确定了不同的 PCO 亚群。与汇集类器官分析相比，单一类器官追踪提高了对药物治疗的敏感性。结论：宽视场单光子氧化还原成像可以在单个类器官水平上监测代谢和形态变化，提供了一种可访问的、无损的工具来筛选患者匹配样本中的药物。