编辑推荐：
由德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern Medical Center）研究人员开发的一种新型“自动驾驶”显微镜解决了长期困扰显微镜技术的两大基本挑战：首先，在显著不同的尺度上对活细胞或生物体进行成像；其次，长时间跟踪特定结构或感兴趣区域。这一创新成果详细发表在《Nature Methods》上，已经能够实现传统方法无法完成的观测。
由德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern Medical Center）研究人员开发的一种新型“自动驾驶”显微镜解决了长期困扰显微镜技术的两大基本挑战：首先，在显著不同的尺度上对活细胞或生物体进行成像；其次，长时间跟踪特定结构或感兴趣区域。这一创新成果详细发表在《Nature Methods》上，已经能够实现传统方法无法完成的观测。
Reto Fiolka博士是UT Southwestern的Lyda Hill生物信息学和细胞生物学系的副教授。Fiolka博士还是Harold C. Simmons综合癌症中心的成员。
“我们的工作展示了集成生物成像技术的重大进步，能够在细胞到系统水平的多个尺度上进行长期观察，以更好地理解发育和疾病过程。”Reto Fiolka博士说。他与Stephan Daetwyler博士共同领导了新型显微镜的开发工作，Daetwyler博士是Lyda Hill生物信息学系的讲师。
Daetwyler博士解释说，二十年来，研究人员利用一种名为光片显微镜的技术取得了大量生物学发现。在这种技术中，一束薄光平面激发样本中添加的荧光探针，以标记特定结构。由于光使这些探针发光，研究人员可以轻松找到并成像标记的结构，从而更深入地理解它们在健康和疾病中的作用。
然而，Daetwyler博士指出，光片显微镜存在一个显著的缺点：成像分辨率越高，研究人员能够成像的区域就越小。因此，科学家们在实验开始前必须选择所需的分辨率和视野范围。他们要么以低分辨率成像活体生物体，要么以高分辨率成像少数细胞及其内部结构。这一限制极大地阻碍了对生物过程的理解，因为大多数生物过程发生在细胞、组织和生物体水平上。
为解决这一挑战，Fiolka博士和Daetwyler博士及其同事们将用于低分辨率光片显微镜的硬件（称为多方向选择性平面照明显微镜，mSPIM）与一种名为轴向扫描光片显微镜（ASLM，2015年在UTSW开发）的高分辨率光片显微镜硬件相结合。为了在一秒内切换这两种模式，团队开发了一种新型的定制显微镜硬件控制软件。
Fiolka博士补充说，光片显微镜的另一个挑战是长时间跟踪结构。他解释说，大多数生物过程是动态的。生物体生长，细胞移动和增殖，需要人工干预频繁调整显微镜的视野范围——这对于持续数小时甚至数天的生物过程成像来说是一项繁琐的任务。
为找到解决方案，研究人员在新型显微镜的控制软件中加入了跟踪模式，赋予其“自动驾驶”功能，使显微镜的视野能够跟随用户在初始化步骤中注册的特定感兴趣区域，持续数小时甚至数天。
为了证明这一原理，研究人员对注入斑马鱼幼体的人类癌细胞进行了成像。斑马鱼是一种几毫米长的透明生物，常被用作癌症研究的生物模型。研究人员发现，骨癌细胞（骨肉瘤细胞）被一种名为巨噬细胞的免疫细胞轻易攻击并清除。然而，尽管与免疫细胞有密切的相互作用，皮肤癌细胞并未从生物体中清除。放大观察巨噬细胞时，团队发现其形状的变化与当前生物功能相关——例如，循环中的巨噬细胞与处于免疫攻击不同阶段的巨噬细胞形状不同。
Daetwyler博士和Fiolka博士表示，UTSW的几位同事已经在他们的研究中使用了这一新平台。新型显微镜的控制软件是开源的，允许其他研究人员根据需要进行定制。
“对多尺度生物过程的更广泛理解将影响我们对许多疾病的知识。”Daetwyler博士说，“这包括癌症进展、转移、发育障碍、系统性疾病和心血管疾病，仅举几例。”
生物通微信公众号
生物通 版权所有
