加州大學(xué)戴維斯分校的科研人員成功地測(cè)試了為活細(xì)胞成像的新工具
日期：2011-09-22 12:32:30
作為全世界最強(qiáng)大的寬視場(chǎng)熒光成像平臺(tái)的獨(dú)家beta 測(cè)試人員，美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校（UC Davis）生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的科研人員首次成功地對(duì)活腫瘤細(xì)胞內(nèi)部經(jīng)過(guò)熒光標(biāo)記的納米尺寸的區(qū)室的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了成像。
這一成果為未來(lái)理解癌癥和一大批其他疾病的分子原因和生物力學(xué)的突破進(jìn)展帶來(lái)了希望，它還能促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)和干細(xì)胞研究等領(lǐng)域。
“生物醫(yī)學(xué)研究是在細(xì)胞和分子層次上研究生物學(xué)的最終的前沿，” 生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的科研副主任Frank Chuang解釋說(shuō)。“這個(gè)工具幫助我們觀察正在發(fā)生的生物過(guò)程。它的科研應(yīng)用潛力非常令人激動(dòng)，包括檢測(cè)細(xì)胞如何對(duì)化學(xué)療法做出響應(yīng)、研究耐輻射的機(jī)制，以及研究病毒如何從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。”
在平臺(tái)方面，這組科研人員使用了首個(gè)具有真3-D高速結(jié)構(gòu)照明功能的商品化顯微鏡，這種由加州大學(xué)的科研人員開(kāi)發(fā)的顯微鏡技術(shù)把熒光顯微鏡的分辨率至少提高到了原來(lái)的2倍。
這是一個(gè)成功的技術(shù)轉(zhuǎn)移的故事：2007年，設(shè)在西雅圖的Applied Precision（API）公司從加州大學(xué)舊金山分校（UC San Francisco）獲得了知識(shí)產(chǎn)權(quán)的授權(quán)，用于把一個(gè)稱為OMX 1.0版的結(jié)構(gòu)照明顯微鏡定制原型商業(yè)化。OMX是Optical Microscope eXperimental（實(shí)驗(yàn)性光學(xué)顯微鏡）的縮寫。
在此期間，作為通用電氣醫(yī)療集團(tuán)（GE Healthcare）下屬公司的Applied Precision（API）改良了這種顯微鏡的能力，并且與生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）合作。生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）是利用美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)在加州大學(xué)戴維斯分校衛(wèi)生系統(tǒng)校園建立的。 3個(gè)月前，生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）成為了安裝這種稱為DeltaVision OMX V4 SI™的遠(yuǎn)遠(yuǎn)更快速的商業(yè)原型顯微鏡并驗(yàn)證它的能力的首個(gè)實(shí)驗(yàn)室。
它整合了一個(gè)超高速結(jié)構(gòu)照明模塊和先進(jìn)的高速科學(xué)照相機(jī)。它們聯(lián)合起來(lái)首次能夠提供大范圍的活細(xì)胞3-D超高分辨率熒光成像。因此，這種顯微鏡能夠分辨出的細(xì)胞間結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)比此前任何光學(xué)顯微鏡都高。
“這個(gè)突破進(jìn)展是對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體使用結(jié)構(gòu)照明，包括活細(xì)胞，” 生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的首席科學(xué)官Stephen Lane報(bào)告說(shuō)。“此前的使用結(jié)構(gòu)照明的商品光學(xué)顯微鏡只能對(duì)固定或非移動(dòng)的樣本進(jìn)行成像。”
生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）在過(guò)去3個(gè)月一直在為API提供測(cè)試結(jié)果。根據(jù)生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的反饋，該公司將進(jìn)一步改良這種儀器，然后讓全世界的實(shí)驗(yàn)室可以購(gòu)買在這個(gè)基礎(chǔ)上制造出的新版顯微鏡。
作為概念驗(yàn)證，由加州大學(xué)戴維斯分校的Hsing-Jien Kung教授領(lǐng)導(dǎo)的生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的生物醫(yī)學(xué)科研人員近來(lái)使用這種工具首次對(duì)活的腫瘤細(xì)胞內(nèi)部的納米尺寸的區(qū)室的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了成像。這些區(qū)室捕捉細(xì)胞器和高分子從而提供給溶酶體，它們是一個(gè)稱為自體吞噬的細(xì)胞間回收過(guò)程的關(guān)鍵組成部分。
“在自體吞噬中，細(xì)胞吃掉廢料從而在面對(duì)壓力的時(shí)候重新產(chǎn)生能量，”Kung解釋說(shuō)。他的實(shí)驗(yàn)室把重點(diǎn)放在了發(fā)現(xiàn)對(duì)人類惡性腫瘤的發(fā)育有貢獻(xiàn)的遺傳和相關(guān)因素。“腫瘤細(xì)胞常常使用同樣的過(guò)程延長(zhǎng)它們的生存，減少藥物的效力。”
加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家正在開(kāi)發(fā)更好地量化和描繪前列腺癌細(xì)胞自體吞噬響應(yīng)的技術(shù)，目的是通過(guò)有效調(diào)節(jié)自體吞噬從而改善癌癥的化學(xué)療法。迄今為止，研究與自體吞噬的誘導(dǎo)有關(guān)的早期事件幾乎不可能，因?yàn)樾滦纬傻淖允审w太小、運(yùn)動(dòng)得太快，而無(wú)法用傳統(tǒng)顯微鏡成像。
“高分辨率、活細(xì)胞成像技術(shù)的開(kāi)發(fā)可以讓我們加快對(duì)這種難以捉摸的過(guò)程的理解，為自體吞噬調(diào)控劑的開(kāi)發(fā)鋪平了道路， ”Kung說(shuō)
生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）的科學(xué)家預(yù)計(jì)，由于這種顯微鏡的3-D能力、高速和高空間分辨率，它和它的后繼型號(hào)將極大地推動(dòng)亞細(xì)胞層次上的生物過(guò)程的可視化，帶來(lái)新的發(fā)現(xiàn)并促進(jìn)分子醫(yī)學(xué)。
這種儀器的多種技術(shù)進(jìn)展包括：超高分辨率，能夠?qū)ψ钚?SPAN lang=EN-US>1/10微米的物體成像；對(duì)比度是傳統(tǒng)顯微鏡的8倍；同時(shí)觀察兩種熒光波長(zhǎng)的能力，用于雙色圖像；以及每秒對(duì)樣本進(jìn)行一組15片的3D成像——這是迄今為止在商品顯微鏡上實(shí)現(xiàn)了的罕見(jiàn)的高速度。
關(guān)于生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）
設(shè)在美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的生物光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（CBST）是在2002年利用美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的一項(xiàng)資金建立的，它把重點(diǎn)放在了促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)和光子學(xué)工程從而改善人類健康上。該中心與其他8個(gè)大學(xué)校園以及勞倫斯•利莫弗爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，把重點(diǎn)放在用它的智力、科學(xué)、教育以及工業(yè)拓展舉措開(kāi)發(fā)新的工具和技術(shù)，用光科學(xué)回答醫(yī)學(xué)的重要問(wèn)題。
