酷视频:突破活细胞显微镜成像技术极限

超分辨率荧光显微镜,突破了人类所见的极限,获得2014年诺奖化学奖。但是,Bezig在后来的研究中发现,该获奖技术存在一定局限性。于是,Bezig和其他研究人员想出了两个新办法,绕过了这一难题,与此同时,也大大改进了SIM的分辨率。研究发表在了最近的《科学》杂志上。这篇短文就是NIH的头儿对这一成就的介绍。

不读近期生物学文献,你就不会知道多年前,光显微镜就已经到了极限。与之相反,显微镜成像技术仍然在不断进步,越来越好。人们能以前所未有的清晰度观看到活体细胞中进行着的许多动态过程。尤其是这个视频,清楚展示出肌动蛋白纤维(橘红色)(细胞支架的关键组成部分)正慢慢的从细胞外膜和细胞内部深处拖出网格蛋白被膜小窝(绿色),就是里面装着分子货物的篮状结构物。 这一突破性的动态成像正是一种新的、分辨率得到提高的SIM作品。SIM比其他形式的超分辨率荧光显微镜更快,同时对样本细胞造成的伤害也少,成为活体细胞成像的首选办法。不过,SIM的不足在于分辨率有限——仅为传统光学显微镜分辨率的两倍。

不过,最近,诺奖获得者Eric Betzig和霍华德休斯医学研究院的博士后Dong Li以及他们的同事,包括NIH心肺及血液研究院的 Jordan Beach 和 John Hammer,研究出了两种不同提高SIM空间分辨率的办法。 Betzig是2014年诺奖化学奖获得者之一,获奖作品是超分辨率荧光显微镜,第一个超分辨率完整细胞成像就是出自该技术之手。 然而,他和他的同事发现,当他们试图获取活细胞实时内部情况成像时,获奖研究方法暴露出了其局限性。超分辨率荧光显微镜所需的高水平光线损坏了细胞并让科学家用来追踪分子的记号迅速消失。为了绕过这个难题,研究人员将他们将注意力转移到挖掘SIM的潜力上。尽管其分辨率低,但不会对研究样本造成那么大的伤害。 这些努力被证明是成功的,他们研发出两项新的SIM成像技术,成果发表在了《科学》上。其中一种办法是,研究人员使用了市面上买的到的带有超高数字孔径显微镜镜头,将SIM分辨率从100纳米提高到了84纳米。接下来,他们想到了一个很聪明的办法,用两个波长光的条纹图案激活用荧光标记好的样本蛋白质不同子集合。在无损样本细胞的情况下,那两个图案就能提供更多信息和细节,也将SIM分辨率提高到45纳米,能够揭示出大的大分子复合物级别的结构细节。 研究人员表示,他们现在渴望与生物学家合作,继续探索SIM的潜力,增进人类对细胞过程的了解。期待他们使用这些创造性技术探索出更多未知。   

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