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    我国科研人员首次绘制活细胞内多种细胞器互作全景图

    日期 2020-03-12   来源:生命科学部   作者:赵天宇 王璞玥 田艳艳 冯雪莲  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号91750203,91854112,81925022等)资助下,北京大学分子医学所陈良怡研究员课题组与物理学院施可彬研究员课题组合作,将三维无标记光学衍射层析显微成像与二维海森结构光超分辨荧光成像技术相结合,发明了一种新的双模态超分辨率显微技术,该技术被命名为“超分辨荧光辅助衍射层析技术” (SR-FACT)。应用该新技术,研究人员首次在细胞内观察到真实全景超分辨率图像。相关成果以“超分辨荧光辅助衍射层析技术揭示细胞器相互作用全景图”(Super-resolution fluorescence-assisted diffraction computational tomography reveals the three-dimensional landscape of the cellular organelle interactome)为题,于2020年1月28日在国际期刊《光学:科学与应用》(Light: Science & Applications)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-020-0249-4。

      以往的超分辨荧光成像技术受限于较宽的发射光谱、光漂白和光毒性,仅能对有限几种荧光标记同时成像,且很难实现活细胞中的三维长时程超分辨率成像。而无标记成像虽然可以实现无损三维成像,但受限于低空间分辨率、缺乏对比度和特异标记而难以解决细胞内的生物学问题。北京大学的两个研究团队经通力合作,克服了上述技术瓶颈。他们研发出来的SR-FACT成像技术同时具备超高分辨率、足够对比度和三维成像能力,能够实现活细胞双模态超分辨率成像。其中荧光超分辨成像的分辨率优于100纳米,而无标记三维成像的分辨率为XY方向200纳米,Z方向约500纳米。在40 × 40 × 20 μm3的视场中,双模态活细胞超分辨率成像的时间分辨率可以达到0.8 Hz。

      本技术发明无需标记就可实现高速三维成像。该研究团队以此绘制出活细胞内线粒体、脂滴、核膜、染色体、内质网及溶酶体等多种细胞器的结构、动态以及相互作用的全景图;在多种细胞中均鉴定出一种新的亚细胞结构,将其命名为“黑色液泡小体(dark-vacuole bodies)”。本研究表明,该亚细胞结构在细胞器互作网络中起到中心作用,并参与细胞的衰老过程。这些研究结果也预示了SR-FACT技术在细胞生物学及生物医学成像领域具有广泛的应用前景。

     

    图SR-FACT技术的硬件实现、算法和分辨率基准测试




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