革命性显微镜实时揭示前所未有的细胞细节

1665 年，罗伯特·胡克 (Robert Hooke) 使用显微镜观察一小片软木塞，发现了小块，他称之为“细胞”。从那时起，许多创新人士做出了无数的努力，以更好地了解这些生命的组成部分。

现在，哈佛医学院和霍华德休斯医学研究所的研究人员开发了一种先进的显微镜，可以捕获特殊的细节，包括活细胞的 3D 图片和视频。

显微镜的分辨率能够对多细胞生物中的亚细胞动力学进行成像，例如通过细胞运输分子货物的囊泡（微小气泡）的动力学。

三个多世纪以来，研究人员一直使用显微镜来观察细胞。到目前为止，最好的可视化效果是从载玻片上分离的细胞中获得的。然而，实时观察多细胞生物中的细胞仍然是一项复杂得多的任务。

大多数时候，靶细胞被分子结构或组织包围，这些分子结构或组织会干扰进出显微镜物镜的光束，从而模糊关键细节。使用强大的光束并不是一个完美的解决方案，因为它可能会部分损坏/扭曲组织和其他分子结构。

为了解决这些问题，研究人员结合了两种技术 –

在点阵光片显微镜中，结构光片用于激发样本连续平面中的荧光。这会生成一系列 3D 图片，提供动态生物过程的见解。

而自适应光学的功能是通过分析波前畸变并使用液晶阵列或可变形镜等修复这些误差的仪器来补偿它们。

简化显微镜示意图|由研究人员提供

他们在双光子激光器的帮助下将这些原理应用到显微镜领域，生成自适应光学装置。当晶格光片穿透多细胞生物体时，这种设置保持光片的薄照明，生成目标细胞的无失真图像。

参考：ScienceMag | doi:10.1126/science.aaq1392 |哈佛大学

然后，他们在各种生物样本上验证了这种显微镜，并开发了以有效方式可视化信息的基本工具。这包括完全交互式的 3D 视频。

结果

癌细胞|图片来源：Rick Groleau 和 Kevin Jiang

正如您现在可能已经猜到的，结果非常令人印象深刻。您可以在图像中看到，癌细胞[以绿色显示]强行穿过血管壁[紫色]，清晰可见。下图显示了斑马鱼眼睛的 3D 细胞。

斑马鱼眼睛细胞 |图片来源：刘等人

研究人员能够（实时）可视化细胞器在细胞内塑造自身的行为。事实上，他们捕获了受体介导的内吞作用的近分子细节——细胞吸收激素、代谢物和其他蛋白质的过程。

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研究人员现在正在努力使这项技术变得简单且成本更低。当前的系统适合 3 米长的桌子。下一个版本将是紧凑且价格实惠的。此外，第一台显微镜将安装在 Janelia 研究园区，其他科学家可以在那里使用它。

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