2016值得關(guān)注的技術(shù)：高多重成像

日期：2016-01-06 09:05:14

今年第一期《Nature Methods》評出了2015的年度技術(shù)——單顆粒冷凍電鏡（cryo-EM）。除此之外，該雜志還對一些熱門技術(shù)進(jìn)行了一番展望，包括細(xì)胞內(nèi)蛋白標(biāo)記、精準(zhǔn)光遺傳學(xué)、高多重成像、亞細(xì)胞圖譜分析等等。

熒光團(tuán)之間的光譜重疊，是成像復(fù)雜生物學(xué)結(jié)構(gòu)的一個主要障礙。這種限制讓絕大多數(shù)實(shí)驗只能檢測三、四個靶標(biāo)。我們怎樣才能看到一個多彩的細(xì)胞呢？多重成像可以做到這一點(diǎn)。多重成像能在更有意義的環(huán)境中觀察分子，更好地分析多成分復(fù)合物的形成和改變。這種技術(shù)終將轉(zhuǎn)變我們對生物學(xué)過程的理解。

為了解決多重成像目前面臨的問題，人們正在開發(fā)更好的探針。比如跨越可見光區(qū)和不可見光區(qū)的探針，這些探針可以帶來更多的顏色選擇。還有一種稱為intracellular laser的探針，它們的光譜很窄，比較容易區(qū)分開。這些探針方面的改進(jìn)，有助于用標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡實(shí)現(xiàn)更好的多重成像。

此外，研究者們還在開發(fā)光學(xué)裝置來檢測光譜重疊的熒光團(tuán)。舉例來說，華人學(xué)者Ke Xu及其同事搭建了SR-STORM顯微鏡（spectrally resolved stochastic optical reconstruction microscopy），通過真彩超高分辨率顯微成像獲得每個標(biāo)簽分子的光譜和位置信息。這一方法能夠輕松辨別光譜高度重疊的熒光團(tuán)，為人們打開了多靶標(biāo)成像的大門。

高度多重的免疫熒光成像技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。研究者們先用抗體標(biāo)記一組靶標(biāo)，并且進(jìn)行成像。然后漂白或剝除探針，再以同樣的方式標(biāo)記不同靶標(biāo)。反復(fù)多輪標(biāo)記之后就能建立起高多重圖像。華裔學(xué)者蔡龍通過這樣的策略完成了高多重轉(zhuǎn)錄組成像，在多輪成像之后利用獨(dú)特條碼鑒定不同的轉(zhuǎn)錄本。

莊小威實(shí)驗室開發(fā)的單分子成像技術(shù)MERFISH（multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization），是一種高度多重化的smFISH成像方法，可以在單個細(xì)胞中鑒定數(shù)千種RNA的拷貝數(shù)和空間定位，打破了之前的技術(shù)局限。

雖然上文提到的方法都很強(qiáng)大，但活細(xì)胞多重成像仍然需要方法改良。活細(xì)胞與固定細(xì)胞的多重成像有相同的問題，但也面臨著一些特別的挑戰(zhàn)。舉例來說，活細(xì)胞可用的熒光染料和探針比較少，需要快速圖像獲取，而且對光照敏感。

相信在不久的將來，人們會開發(fā)出大規(guī)模多重成像的實(shí)用策略，進(jìn)一步探索細(xì)胞中發(fā)生的生物學(xué)過程。