新型超分辨成像技術突破神經(jīng)科學研究壁壘
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學研究所)王凱團隊在神經(jīng)科學領域取得了重大突破，他們成功開發(fā)了一種新型超分辨顯微成像技術，該技術能夠在清醒動物中對神經(jīng)元的快速動態(tài)進行超分辨率光學成像和解析。這一研究成果于2024年11月22日在國際頂級學術期刊Nature Methods上發(fā)表，題為“Super-resolution imaging of fast morphological dynamics of neurons in behaving animals”。
理解微觀生命過程如何有機構成宏觀生命體，并實現(xiàn)復雜的生理功能，一直是生命科學的重要研究內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的光學顯微鏡受限于光學衍射效應，無法突破200~300納米的分辨率極限，使得科學家們難以進一步觀察和研究更精細的結構和動態(tài)。這一局限性在神經(jīng)科學研究中尤為突出，因為神經(jīng)元突觸等關鍵結構的形態(tài)和功能可塑性對于學習記憶等生理過程至關重要。
為了克服這一技術難題，王凱團隊創(chuàng)新提出了多模式復用結構光線照明超分辨顯微成像技術(MLS-SIM)。該技術的核心在于在單次線掃描成像過程中，通過快速切換不同的線照明模式來分別獲得三個方向上的超分辨信息，并結合新的超分辨重構理論框架，實現(xiàn)準確高效的超分辨圖像重構。這一創(chuàng)新不僅解決了背景噪聲干擾和運動偽影兩大技術難題，還使得在清醒動物中對神經(jīng)元的快速動態(tài)進行超分辨率光學成像成為可能。
MLS-SIM技術的橫向分辨率可達150納米，甚至可以通過非線性熒光激發(fā)提高至約100納米，同時保持對樣品運動的高容忍度。這意味著科學家們可以首次在清醒動物中觀察到神經(jīng)元樹突棘和軸突終扣上快速變化的尖刺動態(tài)，并量化研究清醒-睡眠循環(huán)中神經(jīng)元的微觀快速動態(tài)的改變。
利用這一新技術，王凱團隊在清醒的小鼠大腦中發(fā)現(xiàn)了許多新的現(xiàn)象。他們觀察到，神經(jīng)元樹突棘和軸突終扣上存在著快速變化的尖刺動態(tài)，這些動態(tài)變化與學習記憶等生理過程密切相關。此外，他們還通過雙色超分辨同時成像技術，探究了PSD-95蛋白聚團的微觀結構與樹突棘發(fā)生之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，樹突主干上的PSD-95聚團和主干上的小突起存在著顯著的共定位現(xiàn)象，這一新發(fā)現(xiàn)的小突起結構及其與PSD-95的共定位可能暗含樹突棘發(fā)生的細胞機制。
這一研究成果不僅填補了超分辨顯微鏡在清醒動物上開展成像的空白，還為神經(jīng)科學研究提供了新的有力工具?？茖W家們現(xiàn)在可以更深入地了解神經(jīng)元突觸等關鍵結構的形態(tài)和功能可塑性，這對于揭示學習記憶等生理過程的底層機理、理解大腦工作原理具有重要意義。
王凱團隊表示，他們將繼續(xù)優(yōu)化和完善MLS-SIM技術，拓展其在神經(jīng)科學領域的應用范圍。未來，這一技術有望為神經(jīng)科學研究帶來更多的突破和發(fā)現(xiàn)，推動生命科學研究的深入發(fā)展。
關注本網(wǎng)官方微信 隨時閱讀專業(yè)資訊
- 預算998萬元 清華大學超高分辨激光掃描共聚焦顯微鏡 2024-12-27 11:39:33
- 清華大學超高分辨激光掃描共聚焦顯微鏡的預算金額998萬元，項目編號為清采招第20240458號(2441STC75188)。
- 福建省科技廳發(fā)布2024年科技重大專項項目計劃 總經(jīng)費達6000萬元 2024-12-27 09:41:43
- 福建省科技廳發(fā)布2024年科技重大專項計劃，涵蓋光學工程、非遺數(shù)字化、環(huán)保技術等多個領域，共12個項目入選，總經(jīng)費達6000萬元，要求各項目單位嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，加強監(jiān)督和管理，推動科技成果轉化應用。
- 預算350萬元 同濟醫(yī)院采購激光共聚焦顯微鏡 2024-12-25 14:23:42
- 近日，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院委托中科器湖北有限公司組織公開招標，采購激光共聚焦顯微鏡，預算350萬元。
- 預算190萬 西北民族大學采購細胞培養(yǎng)與代謝工程教學設備 2024-12-24 10:56:24
- 近日，西北民族大學就“生物工程碩士研究生細胞培養(yǎng)與代謝工程教學設備配置(一期)更新與購置項目（項目編號：TXZB-GSZCYW2024-006）”發(fā)布招標公告，預算金額為190萬元，涉及倒置熒光顯微鏡、多功能讀板儀、熒光素檢測儀、電泳儀等設備。
- 預算460萬 南方醫(yī)科大學采購科研設備 2024-12-24 09:38:42
- 近日，南方醫(yī)科大學就“2024GC-06基礎醫(yī)學院、中醫(yī)藥學院、公共衛(wèi)生學院、藥學院采購教學科研設備一批”項目發(fā)布公開招標公告，預算金額為460.6523萬元。
版權與免責聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權或有權使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權使用作品的，應在授權范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關法律責任。
- 本網(wǎng)轉載并注明自其它來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
