活细胞3-D超高分辨率荧光成像技术测试成功

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美国加州大学戴维斯分校(UC Davis)生物光子学科学技术中心(CBST)的科研人员首次通过荧光标记成功地对活肿瘤细胞内部的纳米尺寸区室的运动进行了成像。

这一成果为未来理解癌症和一大批其他疾病的分子原因和生物力学的突破进展带来了希望，它还能促进神经科学和干细胞 研究等领域。

“生物医学研究是在细胞和分子 层次上研究生物学的最终的前沿，” 生物光子学科学技术中心(CBST)的科研副主任Frank Chuang解释说。“这个工具帮助我们观察正在发生的生物过程。 它的科研应用潜力非常令人激动，包括检测细胞如何对化学疗法做出响应、研究耐辐射的机制，以及研究病毒如何从一个细胞转移到另一个细胞。”

在平台方面，这组科研人员使用了首个具有真3-D高速结构照明功能的商品化显微镜，这种由加州大学的科研人员开发的显微镜技术把荧光显微镜 的分辨率至少提高到了原来的2倍。

这是一个成功的技术转移的故事：2007年，设在西雅图的Applied Precision(API)公司从加州大学旧金山分校(UC San Francisco)获得了知识产权的授权，用于把一个称为OMX 1.0版的结构照明显微镜定制原型商业化。OMX是Optical Microscope eXperimental(实验性光学显微镜)的缩写。

在此期间，作为通用电气医疗集团(GE Healthcare)下属公司的Applied Precision(API)改良了这种显微镜的能力，并且与生物光子学科学技术中心(CBST)合作。生物光子学科学技术中心(CBST)是利用美国国家科学基金会在加州大学戴维斯分校卫生系统校园建立的。 3个月前，生物光子学科学技术中心(CBST)成为了安装这种称为DeltaVision OMX V4 SI™的远远更快速的商业原型显微镜并验证它的能力的首个实验室。

它整合了一个超高速结构照明模块和先进的高速科学照相机。它们联合起来首次能够提供大范围的活细胞3-D超高分辨率荧光成像。因此，这种显微镜能够分辨出的细胞间结构的细节比此前任何光学显微镜都高。

“这个突破进展是对运动的物体使用结构照明，包括活细胞，” 生物光子学科学技术中心(CBST)的首席科学官Stephen Lane报告说。“此前的使用结构照明的商品光学显微镜只能对固定或非移动的样本进行成像。”

生物光子学科学技术中心(CBST)在过去3个月一直在为API提供测试结果。根据生物光子学科学技术中心(CBST)的反馈，该公司将进一步改良这种仪器，然后让全世界的实验室可以购买在这个基础上制造出的新版显微镜。

作为概念验证，由加州大学戴维斯分校的Hsing-Jien Kung教授领导的生物光子学科学技术中心(CBST)的生物医学科研人员近来使用这种工具首次对活的肿瘤细胞内部的纳米尺寸的区室的运动进行了成像。这些区室捕捉细胞器和高分子从而提供给溶酶体，它们是一个称为自体吞噬的细胞间回收过程的关键组成部分。

“在自体吞噬中，细胞吃掉废料从而在面对压力的时候重新产生能量，”Kung解释说。他的实验室把重点放在了发现对人类恶性肿瘤的发育有贡献的遗传和相关因素。“肿瘤细胞常常使用同样的过程延长它们的生存，减少药物的效力。”

加州大学戴维斯分校的科学家正在开发更好地量化和描绘前列腺癌细胞自体吞噬响应的技术，目的是通过有效调节自体吞噬从而改善癌症的化学疗法。迄今为止，研究与自体吞噬的诱导有关的早期事件几乎不可能，因为新形成的自噬体太小、运动得太快，而无法用传统显微镜成像。

“高分辨率、活细胞成像技术的开发可以让我们加快对这种难以捉摸的过程的理解，为自体吞噬调控剂的开发铺平了道路， ”Kung说

生物光子学科学技术中心(CBST)的科学家预计，由于这种显微镜的3-D能力、高速和高空间分辨率，它和它的后继型号将极大地推动亚细胞层次上的生物过程的可视化，带来新的发现并促进分子医学。

这种仪器的多种技术进展包括：超高分辨率，能够对最小1/10微米的物体成像;对比度是传统显微镜的8倍;同时观察两种荧光波长的能力，用于双色图像;以及每秒对样本进行一组15片的3D成像——这是迄今为止在商品显微镜上实现了的罕见的高速度。