Science封面：新科诺奖得主再发技术革新

　　

生物通报道：近十年来，强大的新式显微镜让生物学们对生命背后的基础分子有了更为清晰的认识。霍华德• 休斯医学院的Eric Betzig带领研究团队开发了一个新的成像平台，让光学显微技术发生了又一次飞跃。这一技术可以快速收集高分辨率图像，最小化对细胞的损伤，成像分子、细胞和胚胎的细微三维活动。

Betzig的这个新技术命叫栅格激光层照显微镜（lattice light sheet microscope），人们已经通过该技术在一定时空范围内获得了多种生物学过程的视频，从单个蛋白的移动到整个胚胎的发育。这项研究成果发表在十月二十四日的Science杂志上，想要使用栅格激光层照显微镜的研究者们可以向Janelia's Advanced Imaging Center提交申请。

Betzig是今年诺贝尔化学奖得主之一，他之前开发的一系列成像技术大大提高了人们观察细胞细微结构的能力。不过对细胞进行高分辨率的三维成像，往往意味着要牺牲成像速度，让细胞面临更大的光毒性。

Betzig开发的新显微镜源自于他2011年的成果——贝塞尔光束平面照明显微技术（ Bessel beam plane illumination microscopy）。这种技术能够生成高分辨率的图像，光学损伤少于传统显微镜，而且可以快速记录活细胞中的动态过程。

然而贝塞尔光束也存在问题，扫过样本时会产生非焦平面光（out-of-focus light）。研究人员的解决方法是，让光束以栅格模式照射样本，即采用结构照明技术。结构照明还有一个好处是，能突破光学显微镜的衍射极限。Betzig将超高分辨率结构照明技术整合到了自己的显微镜中，让贝塞尔光束以类似栅格的模式照明。

为了减少贝塞尔光束在成像样本时的移动时间，研究人员将光束分为七个平行的部分，每个光束只需要扫过七分之一的距离。突然，他们发现成像中的细胞似乎更加健康。“能量分散之后光毒性减弱，这令我们很惊讶，”Betzig说。“我意识到，尽管光照射的总量有重要影响，但细胞受到的瞬间照射更为重要。”

Betzig的新显微镜有两种模式，一种是通过结构照明生成超高分辨率图像。另一种模式称为“dithered”，能加速成像以捕捉更快的过程。虽然分辨率稍低，但细胞在这个模式中受到的损伤也更少。（延伸阅读：活细胞成像的各种犀利武器）

过去一年中，已经有三十个团队的生物学家尝试了栅格激光层照显微镜。Bi-Chang Chen（台湾应用科学研究中心）、Wesley Legant和Kai Wang已经针对多种应用对显微镜进行了优化。 “这不仅是一种成像技术，”Wang说。“更是一个成像平台。”

栅格激光层照显微镜的高分辨率，使其可以跟踪单个蛋白的三维活动，Betzig认为这是最激动人心的应用之一。“一般单分子研究需要薄而平的细胞，太厚的话非焦平面光是个致命问题。”现在栅格激光层照显微镜解决了这个问题，让人们能在多细胞大样本中看到单个分子。这一技术成像很快，能追踪细胞分裂时细胞骨架的快速变化。这一技术也很温和，可以对发育过程中的分子动态进行数小时的监控。

哈佛大学的细胞生物学家Tomas Kirchhausen在用过Betzig的显微镜之后，就购买部件自己组装了一台。他的团队正在用这一技术追踪大量囊泡的装配，病毒进入细胞的过程，以及细胞分裂时的大小变化。这个技术能在三维空间中成像单个分子，允许人们在更完整的环境下观察细胞过程，Kirchhausen说。

据介绍，蔡司公司已经拿到了贝塞尔光束和栅格激光层照显微技术的授权。

 

生物通编辑：叶予

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