陳良怡團(tuán)隊發(fā)明超靈敏海森結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡閱讀次數(shù)：
陳良怡團(tuán)隊發(fā)明超靈敏海森結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡
北京大學(xué)陳良怡團(tuán)隊聯(lián)合華中科技大學(xué)譚山團(tuán)隊發(fā)明了一種超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡 -- 海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡 （Hessian SIM)。此項成果近日以全文形式在線發(fā)表于Nature Biotechnology (影響因子41.67)，論文題目為“Fast, long-term, super-resolution imaging with Hessian structured illumination microscopy”（https://www.nature.com/articles/nbt.4115）。
在每秒鐘得到188張超高分辨率圖像時，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡的空間分辨率可以達(dá)到85納米，能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu)，而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個數(shù)量級。由于極低的光漂白以及光毒性，實現(xiàn)了100 Hz超高分辨率成像下連續(xù)采樣10分鐘得到18萬張超高分辨率圖像，或者是在1 Hz超高分辨率成像下連續(xù)1小時超高分辨率成像基本無光漂白。
與獲得2014年Nobel化學(xué)獎的受激輻射損耗超高分辨率顯微鏡（STED）相比，海森結(jié)構(gòu)光顯微成像以極高的時間分辨率、極低的光毒性在活細(xì)胞超高分辨率成像方面占顯著優(yōu)勢。例如，在觀察細(xì)胞內(nèi)囊泡與細(xì)胞質(zhì)膜融合釋放神經(jīng)遞質(zhì)和激素過程中，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡與STED顯微鏡（分辨率60納米，每秒5幅左右； 巫凌鋼實驗室2018年3月Cell上線的文章）都可以觀察到囊泡融合形成的孔道；但是，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡還解析出囊泡融合時四個不同中間態(tài)，包括囊泡打開3納米小孔、囊泡塌陷、融合孔道維持和最后的囊泡與細(xì)胞質(zhì)膜完全融合的過程，真正可視化膜孔道形成的全過程（圖1）。
圖1：海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡解析囊泡融合孔道形成全過程。上圖：實際的動態(tài)過程解析；下圖：由實驗結(jié)果得到的囊泡融合的四個中間態(tài)。
此外，應(yīng)用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡，我們也實現(xiàn)了細(xì)胞“能量工廠”線粒體的超快超分辨成像，首次在活細(xì)胞中解析線粒體融合、分裂時內(nèi)嵴的活動，以及線粒體內(nèi)嵴自身的重組裝過程，也能夠觀察活細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體發(fā)生相互作用時的動態(tài)變化（圖2）。這是之前領(lǐng)域內(nèi)無論是使用STED還是PALM/STORM超分辨率顯微鏡都無法觀察到的現(xiàn)象，也凸顯出超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡對于觀察光毒性敏感的細(xì)胞器如線粒體動態(tài)結(jié)構(gòu)方面的獨特優(yōu)勢。
圖2、海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡顯微鏡下觀察到COS-7細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體相互作用的動態(tài)過程，藍(lán)色的線粒體用MitoTracker Green標(biāo)記，可以清楚辨識內(nèi)嵴結(jié)構(gòu)；品紅色的是用SEC61-mCherry標(biāo)記內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
此項突破一方面是基于硬件自主設(shè)計的新偏振旋轉(zhuǎn)玻片陣列、高精度的時序控制程序以及高數(shù)值孔徑物鏡的應(yīng)用；另一方面是創(chuàng)新的重構(gòu)算法，借鑒了人眼區(qū)分信號和噪聲的機(jī)制，首次提出將生物樣本在多維時空上連續(xù)、而噪聲是完全隨機(jī)分布的先驗知識用于構(gòu)建海森矩陣，指導(dǎo)超高分辨率熒光圖像的重建。
超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡是目前成像時間最長、時間分辨率最高的超高分辨率顯微鏡，適用于各種細(xì)胞、不同探針的熒光成像 – 可以說，所有應(yīng)用點掃描共聚焦顯微鏡的場景都可以使用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。
該論文的第一作者為北京大學(xué)黃小帥、華中科技大學(xué)范駿超和北京大學(xué)李柳菊，通訊作者為北京大學(xué)陳良怡、華中科技大學(xué)譚山。工作得到了國家自然科學(xué)基金委重大儀器研制基金、重大研究計劃專項、科技部國家重點研發(fā)計劃基金、重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃和北京市自然科學(xué)基金委重點項目的資助。陳良怡、黃小帥等主創(chuàng)成員參與了早先發(fā)表于Nature Methods的高分辨率微型化雙光子顯微鏡的研制，榮獲2017年中國十大科學(xué)進(jìn)展等榮譽(yù)。未來，他們將進(jìn)一步實現(xiàn)微型化海森結(jié)構(gòu)光的顯微在體成像。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com