《細(xì)胞》前沿技術(shù)：活體成像

日期：2011-12-07 12:25:15

目前生物成像領(lǐng)域已經(jīng)可以采用各種顯微技術(shù)和共聚焦等技術(shù)了，這提高了圖像的精確度，但是要觀察的深層組織活動(dòng)，因此在一些活體成像，組織深部觀察等方面還需要更多的技術(shù)進(jìn)步。近期Cell雜志以“Review Focus: Imaging”為中心，介紹了生物成像研究方面的最新進(jìn)展，其中特別提及了活體熒光顯微技術(shù)今年來(lái)的新成果，認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)嶄露曙光，在細(xì)胞生物學(xué)，神經(jīng)科學(xué)，腫瘤生物學(xué)等多方面發(fā)揮作用。

活體動(dòng)物成像技術(shù)主要包括體內(nèi)成像和體外成像兩個(gè)方面，其中體外熒光顯微技術(shù)一直以來(lái)都是現(xiàn)代生命科學(xué)研究的基礎(chǔ)之一：給熒光基團(tuán)配上一個(gè)合適的配體，比如抗體或者量子點(diǎn)，然后將其與組織樣品或者細(xì)胞培養(yǎng)物一起溫育，最后加上光照，這樣標(biāo)記的分子就能通過(guò)顯微鏡顯示出來(lái)。但是體外方法有一個(gè)“致命傷”——不能在天然環(huán)境下描繪生物過(guò)程，因此研究人員逐漸從體外觀測(cè)轉(zhuǎn)向?qū)w內(nèi)生物體過(guò)程的研究。

但是隨著科學(xué)的進(jìn)步，想要以足夠觀察到細(xì)胞行為和分子信號(hào)的分辨率，來(lái)分析活體生物依然是個(gè)難題，今年來(lái)自哈佛大學(xué)的一位華裔科學(xué)家在超分辨率細(xì)胞成像研究方面取得了重要進(jìn)展：他們推出了活細(xì)胞超分辨率熒光成像技術(shù)，這一技術(shù)基于光子可控開(kāi)關(guān)的熒光探針和質(zhì)心定位原理，在雙激光激發(fā)下熒光探針隨機(jī)發(fā)光，通過(guò)分子定位和分子位置重疊重構(gòu)形成超高分辨率的圖像，其空間分辨率目前可達(dá)20nm。

利用這種他們命名為隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡STORM的顯微成像技術(shù)，研究人員實(shí)現(xiàn)了之前無(wú)法完成的任務(wù)——STORM雖然可以提供更高的空間分辨率，但成像時(shí)間往往需要幾分鐘，而且還不能滿(mǎn)足活體實(shí)時(shí)可視的成像需要?；罴?xì)胞成像十分重要，但是要在不影響細(xì)胞正常生命活動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)高分辨率成像并不容易。最新研究通過(guò)帶有高時(shí)空分辨率的STORM，獲得活細(xì)胞超高分辨率熒光成像的研究成果。

之后來(lái)自哥倫比亞大學(xué)等處的研究人員又介紹了一種叫做雙光子鈣成像的新技術(shù)，利用這種技術(shù)，研究人員可以對(duì)小鼠腦島中的味覺(jué)腦皮層進(jìn)行了檢測(cè)。由于當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞被激活時(shí)，細(xì)胞中就會(huì)產(chǎn)生鈣波。研究人員可根據(jù)細(xì)胞內(nèi)的鈣水平來(lái)判斷神經(jīng)元的激活狀態(tài)。還有研究人員將這一技術(shù)與全細(xì)胞記錄方法結(jié)合起來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬大腦，了解大腦神經(jīng)元之間的連接。

除了這些方面，科學(xué)家還利用熒光成像技術(shù)追蹤基因表達(dá)和蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)，檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)離子和小分子濃度、酶活性，標(biāo)記細(xì)胞或分子亞群，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)時(shí)空分析。

來(lái)自美國(guó)威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院的研究人員利用一種“Spinach”的RNA-熒光基團(tuán)復(fù)合物成像觀察細(xì)胞內(nèi)各種RNA的功能動(dòng)態(tài)，這有助于更深入地了解細(xì)胞中的RNA運(yùn)輸機(jī)制，以及它們?cè)诩膊≈械那闆r。作者表示，目前在生物學(xué)中還存在大量圍繞RNA的謎題……研究證實(shí)熒光標(biāo)記成像技術(shù)是一種非常強(qiáng)大的研究工具。