【北大成果】 一種雙模態(tài)顯微成像系統(tǒng)和方法
發(fā)布時間：2020-12-07 來源:北大科技成果
P1項目簡介
熒光顯微成像是分子生物學研究的主要手段，然而由于激發(fā)光的高光子通量和光毒性，成像總次數(shù)受限，因而目前還未能全面揭露細胞內部細胞器的相互作用及動態(tài)過程。活細胞的高分辨長時程成像目前仍然是生物學研究中的巨大挑戰(zhàn)，由于軸向掃描速度的限制，三維熒光成像需要更大的激發(fā)光子通量，而光漂白效應則極大限制了三維成像的總時長。同時，由于熒光光譜較寬，成像過程中通道數(shù)目受限，熒光成像一般僅能同時標記有限種類的分子。而電鏡等輔助成像手段雖可觀察多種細胞器，但僅能提供靜態(tài)快照作為輔助。光學衍射層析顯微成像具有光通量低，光毒性小的特點，可有效解決熒光成像遇到的問題。光學衍射層析成像系統(tǒng)中，先前的工作缺少熒光成像作為輔助，衍射層析圖像中的多數(shù)結構缺乏標定，僅能進行形態(tài)學分析。傳統(tǒng)光學衍射層析成像中，也僅對脂滴、染色體和線粒體進行了結合寬場熒光成像的鑒別標定。北大研究團隊提出一種結合光學衍射層析顯微成像和結構光照明超分辨熒光成像的雙模態(tài)顯微成像方法，用超分辨熒光成像輔助光學衍射層析進行共定位成像。在雙模態(tài)成像系統(tǒng)中，光學衍射層析成像具有優(yōu)異的分辨能力，且無光毒性的限制，因而可以長時間、全面地記錄細胞內各種細胞器間的三維相互作用動態(tài)；熒光成像模態(tài)可提供分子層面的化學特異性分辨能力，因此成為鑒別無標記成像模態(tài)成像結果的重要依據。利用光學衍射層析-結構光照明熒光雙模態(tài)成像系統(tǒng)，可開展一系列的活細胞成像研究，并應用于病理診斷、藥理分析、耐藥性研究等。
P2應用范圍
對細胞病理影像、光學芯片制備的精準表征和控制都有著重要意義，使得在高端光學芯片材料和器件制備、臨床病人來源的活細胞中高效、快速和無標記的超分辨率成像不同細胞器成為可能。在材料科學前沿和生命科學應用中，具有重大的原創(chuàng)性意義，是對國產高端設備進步的重要貢獻，并將在新材料、生命健康領域產生重要的社會效益。
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顯微鏡樣機圖
利用這一雙模態(tài)成像系統(tǒng)，研究團隊成功對活細胞內六種主要細胞器進行了共定位成像，并展示了其在研究細胞器相互作用中的獨特優(yōu)勢。研究團隊還觀察到了一種新的中性酸堿度的低折射率囊泡結構，并通過長達小時量級的連續(xù)成像研究了其輸運路徑及組織細胞器相互作用的樞紐功能，確認了其為之前未能意識到其存在的囊泡結構，命名為“黑色液泡小體”。研究團隊發(fā)展的這一雙模態(tài)成像方法為全面三維的表征活細胞內細胞器相互作用及分子或信息的傳遞過程提供了一個有力工具。其有助于發(fā)現(xiàn)在單一成像模態(tài)中被忽略的結構或動態(tài)。由于低光毒性和無需特異標記的特點，這種成像方法未來將在生物學及醫(yī)學中發(fā)揮重要作用。
項目團隊著眼國際前沿，解決長久以來困擾科學家的一個技術難題，相關工作發(fā)表在Nature Biotechnology、Light等國際著名期刊上，同時在與高校研究所、藥廠合作開展新藥的研發(fā)工作，并已申請國內及國際專利。![]()
COS-7活細胞中六種主要細胞器光學衍射層析-熒光共定位圖像
共同開發(fā)、技術許可、技術入股。
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