PNAS突破技术限制：上千细胞追踪

南京理工大学第一作者PNAS文章

　　

生物通报道：研究人员研发出一种新方法，可以在显微镜下观察并追踪快速移动的大量物体，捕捉精确的三维运动路径。这项研究公布在9月17日《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，利用这种技术，研究人员追踪了两万四千个快速运动的细胞，记录下了长达20秒时间内这些细胞的运动途径，这在之前从未实现过。

“我们可以非常精确地，同时追踪成千上万个同时运动的的小物体，”加州大学洛杉矶分校的研究人员Aydogan Ozcan表示，“我们能实现亚微米精度的大规模追踪，从而令我们在统计学角度上了解了这些上万个物体是如何以不同的方式移动。”

这一最新的成果开始于一项已进行多年，美国国家科学基金会资助的研究项目，Ozcan和他的同事开发出了一种无需镜片的全息显微镜技术，应用于血源性疾病的现场检测，以及其他地区的远程医疗。这项研究近期获得了Popular Mechanics突破奖（Popular Mechanics Breakthrough Award），以及探险家奖（National Geographic Emerging Explorer Award）等，Ozcan的研究也获得了美国NIH院长创新奖等多个奖项。

最新研究中，Ozcan与来自加州大学洛杉矶分校，以及南京理工大学的Ting-Wei Su，Liang Xue（第一作者），利用红光和蓝光偏移波束建立了全息信息，加上先进的软件，精确的揭示了显微镜下移动物体的运动途径。

利用这种方法，研究人员在相对较宽的视场（超过17平方毫米）中，追踪了超过1500个人类雄配子细胞，并观察了几秒钟内的大样本量（高达17立方毫米）运动。

研究组开发的这项技术，以及配套的一种用于处理观测数据的新型运算算法，能揭示前所未知的细胞统计学途径。研究人员发现人类雄配子细胞运动途径弯弯曲曲，是一个不断变化的路径，偶尔还会出现一个螺旋（90％的时间都是以顺时针方向（右手）行走）。

一段时间内样品中只有百分之四到五的细胞会沿着螺旋路径运动，因此研究人员如果没有新型高通量显微镜技术，也无法观察到这些罕见的行为。

“这项最新的研究是真正具有新颖性和创造性工作的一个延伸，”资助次项目，美国国家科学基金会生物光子学项目官员Leon Esterowitz说，“这种全息技术可以加速药物研发，监控危险微生物疾病的药物治疗。”

这篇PNAS论文也报道了24,000各细胞的持续性实验观察。这样大规模的观测提供了有统计学意义的数据集，也是用于研究其它许多课题的新方法，比如实时观察大量细胞药理等各个方面的影响，这也是生育治疗和药物研发的一个有利工具。

同样，这方法还可以令科学家们研究快速移动的单细胞微生物。目前只能针对存在于不洁饮用水和农村地区水中的许多危险病原虫，进行小规模的观察，而这种新型的，无镜片全息成像技术则能揭示原生动物行为特征，从而可以进行新型药物治疗的实时检测，预防致命的一些微生物侵害。

（生物通：万纹）