細(xì)胞探索新境界：高精度3D可視化成像平臺(tái)問(wèn)世
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 近日，美國(guó)萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為單目標(biāo)傾斜光片3D(soTILT3D)的創(chuàng)新成像平臺(tái)，并在超分辨率顯微鏡領(lǐng)域取得了重大突破。這一成果已在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表，引起了廣泛關(guān)注。
soTILT3D平臺(tái)結(jié)合了傾斜光片技術(shù)、納米打印微流體系統(tǒng)以及先進(jìn)的計(jì)算方法，具備強(qiáng)大的全細(xì)胞、多目標(biāo)成像能力，顯著改進(jìn)了當(dāng)前細(xì)胞結(jié)構(gòu)的3D可視化精度。這一創(chuàng)新平臺(tái)為納米尺度上觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)提供了前所未有的細(xì)節(jié)，有助于科學(xué)家更深入地理解細(xì)胞內(nèi)部復(fù)雜的運(yùn)作機(jī)制。
在納米尺度上研究細(xì)胞對(duì)于揭示健康和疾病狀態(tài)下的關(guān)鍵細(xì)節(jié)至關(guān)重要。傳統(tǒng)熒光顯微鏡雖然對(duì)研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)有一定幫助，但受到光衍射的限制，難以分辨小于幾百納米的特征。而單分子超分辨率顯微鏡雖然提供了納米尺度上的生物結(jié)構(gòu)洞察，但現(xiàn)有技術(shù)往往存在高背景熒光和成像速度慢等問(wèn)題，特別是在處理厚樣品或復(fù)雜細(xì)胞聚集體時(shí)。此外，它們還缺乏對(duì)樣品環(huán)境的精確、可調(diào)控制。
soTILT3D平臺(tái)直接解決了這些挑戰(zhàn)。它利用單物鏡傾斜光片選擇性地照亮樣本的一小部分，有效減少了非焦點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生的背景熒光干擾，特別適用于如哺乳動(dòng)物細(xì)胞這樣的厚樣本成像。此外，該平臺(tái)集成了特制的微流體系統(tǒng)和金屬化微鏡，不僅能精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞外部環(huán)境，支持快速更換溶液，而且適合進(jìn)行無(wú)顏色偏移的連續(xù)多目標(biāo)成像，同時(shí)允許將光片反射至樣本中，確保成像質(zhì)量。
該平臺(tái)還應(yīng)用了包括深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的高級(jí)計(jì)算工具，保證長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定成像。這一特性使得soTILT3D在處理密集發(fā)光點(diǎn)時(shí)的速度可達(dá)傳統(tǒng)方法的十倍以上，大大縮短了捕捉細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)(例如核纖層、線粒體和細(xì)胞膜蛋白)詳盡圖像所需的時(shí)間。
soTILT3D平臺(tái)具備強(qiáng)大的全細(xì)胞3D多目標(biāo)成像能力，可同時(shí)追蹤細(xì)胞內(nèi)部多種蛋白質(zhì)的分布情況，并精確測(cè)量它們之間的納米級(jí)距離。這意味著科學(xué)家現(xiàn)在能以前所未有的精度和準(zhǔn)確性觀察到緊密排列的蛋白質(zhì)的空間布局，進(jìn)而獲得關(guān)于這些蛋白質(zhì)如何組織以及它們?cè)谡{(diào)控細(xì)胞功能中扮演角色的新見(jiàn)解。
該平臺(tái)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于它能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的成像，這對(duì)于捕捉細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)過(guò)程至關(guān)重要。再借助深度學(xué)習(xí)算法快速準(zhǔn)確地分析大數(shù)據(jù)，就能向人們揭示細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)間的復(fù)雜關(guān)系。這一成就將加速新型療法的研發(fā)，尤其是針對(duì)那些依賴于細(xì)胞內(nèi)部特定分子相互作用的疾病。
萊斯大學(xué)化學(xué)助理教授、該研究的通訊作者Anna-Karin Gustavsson表示：“我們開發(fā)soTILT3D的目標(biāo)是打造一種靈活的成像工具，克服傳統(tǒng)超分辨率顯微鏡的局限性。我們希望這些進(jìn)步能夠促進(jìn)生物學(xué)、生物物理學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，因?yàn)檫@些領(lǐng)域中的納米尺度復(fù)雜相互作用是了解細(xì)胞功能在健康和致病機(jī)制中的關(guān)鍵。”
soTILT3D平臺(tái)的生物兼容性還使其適用于活體細(xì)胞成像，使科學(xué)家可以實(shí)時(shí)研究細(xì)胞對(duì)不同刺激的反應(yīng)，同時(shí)減少光損傷。其精確控制的溶液交換功能也使soTILT3D成為實(shí)時(shí)測(cè)試藥物治療如何影響細(xì)胞的理想工具。
總的來(lái)說(shuō)，soTILT3D平臺(tái)的出現(xiàn)標(biāo)志著細(xì)胞成像技術(shù)邁入了一個(gè)全新的階段，預(yù)示著未來(lái)生物學(xué)研究將更加精細(xì)和高效。這一創(chuàng)新不僅為科學(xué)家提供了更強(qiáng)大的工具來(lái)探索細(xì)胞內(nèi)部的奧秘，也為新型療法的研發(fā)開辟了新的道路。
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