For the 1.7 million patients per year in the U.S. who receive a new cancer diagnosis, treatment decisions are largely made after a histopathology exam. Unfortunately, the gold standard of slide-based microscopic pathology suffers from high inter-observer variability and limited prognostic value due to sampling limitations and the inability to visualize tissue structures and molecular targets in their native 3D context. Here, we show that an open-top light-sheet microscope optimized for non-destructive slide-free pathology of clinical specimens enables the rapid imaging of intact tissues at high resolution over large 2D and 3D fields of view, with the same level of detail as traditional pathology. We demonstrate the utility of this technology for various applications: wide-area surface microscopy to triage surgical specimens (with ~200 μm surface irregularities), rapid intraoperative assessment of tumour-margin surfaces (12.5 sec/cm2), and volumetric assessment of optically cleared core-needle biopsies (1 mm in diameter, 2 cm in length). Light-sheet microscopy can be a versatile tool for both rapid surface microscopy and deep volumetric microscopy of human specimens.

Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) has emerged as a powerful method for rapid and optically efficient 3D microscopy. Initial LSFM designs utilized a static sheet of light, termed selective plane illumination microscopy (SPIM), which exhibited shadowing artifacts and deteriorated contrast due to light scattering. These issues have been addressed, in part, by multidirectional selective plane illumination microscopy (mSPIM), in which rotation of the light sheet is used to mitigate shadowing artifacts, and digital scanned light-sheet microscopy (DSLM), in which confocal line detection is used to reject scattered light. Here we present a simple passive multidirectional digital scanned light-sheet microscopy (mDSLM) architecture that combines the benefits of mSPIM and DSLM. By utilizing an elliptical Gaussian beam with increased angular diversity in the imaging plane, mDSLM provides shadow-free contrast-enhanced imaging of fluorescently labeled samples.

Recent advances in optical clearing and light-sheet microscopy have provided unprecedented access to structural and molecular information from intact tissues. However, current light-sheet microscopes have imposed constraints on the size, shape, number of specimens, and compatibility with various clearing protocols. Here we present a multi-immersion open-top light-sheet microscope that enables simple mounting of multiple specimens processed with a variety of protocols, which will facilitate wider adoption by preclinical researchers and clinical laboratories.