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細胞探索新境界：高精度3D可視化成像平臺問世
2024年12月02日 14:15:07
來源：化工儀器網 點擊量：4622
近日，美國萊斯大學的研究團隊開發(fā)了一種名為單目標傾斜光片3D（soTILT3D）的創(chuàng)新成像平臺，并在超分辨率顯微鏡領域取得了重大突破。這一成果已在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表，引起了廣泛關注。
【化工儀器網 項目成果】 近日，美國萊斯大學的研究團隊開發(fā)了一種名為單目標傾斜光片3D(soTILT3D)的創(chuàng)新成像平臺，并在超分辨率顯微鏡領域取得了重大突破。這一成果已在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表，引起了廣泛關注。
soTILT3D平臺結合了傾斜光片技術、納米打印微流體系統(tǒng)以及先進的計算方法，具備強大的全細胞、多目標成像能力，顯著改進了當前細胞結構的3D可視化精度。這一創(chuàng)新平臺為納米尺度上觀察細胞結構提供了前所未有的細節(jié)，有助于科學家更深入地理解細胞內部復雜的運作機制。
在納米尺度上研究細胞對于揭示健康和疾病狀態(tài)下的關鍵細節(jié)至關重要。傳統(tǒng)熒光顯微鏡雖然對研究細胞結構有一定幫助，但受到光衍射的限制，難以分辨小于幾百納米的特征。而單分子超分辨率顯微鏡雖然提供了納米尺度上的生物結構洞察，但現有技術往往存在高背景熒光和成像速度慢等問題，特別是在處理厚樣品或復雜細胞聚集體時。此外，它們還缺乏對樣品環(huán)境的精確、可調控制。
soTILT3D平臺直接解決了這些挑戰(zhàn)。它利用單物鏡傾斜光片選擇性地照亮樣本的一小部分，有效減少了非焦點區(qū)域產生的背景熒光干擾，特別適用于如哺乳動物細胞這樣的厚樣本成像。此外，該平臺集成了特制的微流體系統(tǒng)和金屬化微鏡，不僅能精準調控細胞外部環(huán)境，支持快速更換溶液，而且適合進行無顏色偏移的連續(xù)多目標成像，同時允許將光片反射至樣本中，確保成像質量。
該平臺還應用了包括深度學習在內的高級計算工具，保證長時間內的穩(wěn)定成像。這一特性使得soTILT3D在處理密集發(fā)光點時的速度可達傳統(tǒng)方法的十倍以上，大大縮短了捕捉細胞內復雜結構(例如核纖層、線粒體和細胞膜蛋白)詳盡圖像所需的時間。
soTILT3D平臺具備強大的全細胞3D多目標成像能力，可同時追蹤細胞內部多種蛋白質的分布情況，并精確測量它們之間的納米級距離。這意味著科學家現在能以前所未有的精度和準確性觀察到緊密排列的蛋白質的空間布局，進而獲得關于這些蛋白質如何組織以及它們在調控細胞功能中扮演角色的新見解。
該平臺的獨特優(yōu)勢在于它能夠實現長時間穩(wěn)定的成像，這對于捕捉細胞內動態(tài)過程至關重要。再借助深度學習算法快速準確地分析大數據，就能向人們揭示細胞內部結構間的復雜關系。這一成就將加速新型療法的研發(fā)，尤其是針對那些依賴于細胞內部特定分子相互作用的疾病。
萊斯大學化學助理教授、該研究的通訊作者Anna-Karin Gustavsson表示：“我們開發(fā)soTILT3D的目標是打造一種靈活的成像工具，克服傳統(tǒng)超分辨率顯微鏡的局限性。我們希望這些進步能夠促進生物學、生物物理學和生物醫(yī)學領域的研究，因為這些領域中的納米尺度復雜相互作用是了解細胞功能在健康和致病機制中的關鍵。”
soTILT3D平臺的生物兼容性還使其適用于活體細胞成像，使科學家可以實時研究細胞對不同刺激的反應，同時減少光損傷。其精確控制的溶液交換功能也使soTILT3D成為實時測試藥物治療如何影響細胞的理想工具。
總的來說，soTILT3D平臺的出現標志著細胞成像技術邁入了一個全新的階段，預示著未來生物學研究將更加精細和高效。這一創(chuàng)新不僅為科學家提供了更強大的工具來探索細胞內部的奧秘，也為新型療法的研發(fā)開辟了新的道路。
來源：科技日報
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