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主题：细胞生物学哈佛大学显微镜 斑马鱼眼睛的细胞，计算上“爆炸”。 350多年前，英国自然哲学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）在显微镜下观察了一片薄薄的软木塞，发现它是由一个小的盒状隔间组成，他称之为“细胞”。 从那一刻开始，胡克和无数好奇心在他之后努力更好地了解这些基本的生活基石。现在，进入蜂窝世界的窗口变得更加清晰。 在4月20日出版的“科学”杂志的一项新研究中，霍华德休斯医学研究所（HHMI）Janelia研究园区，哈佛医学院和合作机构的研究人员报告了显微镜的发展，该显微镜能够以前所未有的细节捕捉三维图像。和生物体内细胞的视频。  癌细胞（绿色）强行穿过血管壁（紫色）。 由诺贝尔奖获得者和Janelia集团领导人Eric Betzig领导的研究团队采用天文学家研究遥远恒星的技术，通过制作一系列令人惊叹的电影展示了这项新技术：癌细胞通过血管爬行，脊髓神经细胞接通进入电路，免疫细胞穿过斑马鱼的内耳，等等。 显微镜的分辨率如此强大，它甚至可以捕获亚细胞细节，例如称为囊泡的微小气泡的动力学，其将分子货物输送到细胞。 “这是能够看到我们以前从未见过的东西的奇迹。这简直令人难以置信，“该研究的共同作者，细胞生物学HMS教授Tomas Kirchhausen和波士顿儿科医院的Springer家庭主席和波士顿儿童医院的高级研究员说。  中性粒细胞（中心）在发育中的斑马鱼眼中吞噬颜色标记的糖（蓝色），血细胞（顶部）通过毛细管放大。 “每次我们用这种显微镜做过实验，我们都会观察到一些新颖的东西 - 并产生了新的想法和假设来进行测试，”Kirchhausen说。“它可以用来研究我能想到的生物系统或生物体中的几乎任何问题。” 虽然科学家已经使用显微镜观察细胞几个世纪，但到目前为止最清晰的观点来自玻璃载玻片上的细胞。在活生物体内实时可视化活细胞仍然更具挑战性。 感兴趣的细胞被组织和其他生物结构包围，这些生物结构扰乱来自并返回显微镜物镜的光，这使得重要细节模糊和模糊。另一方面，足够强大的光穿透生物结构并产生更清晰的细胞视图，可以破坏组织。 “这引起了一种唠叨的怀疑，即我们没有看到它们处于原生状态的细胞，幸福地沉浸在它们进化的有机体中，”该研究的通讯作者Betzig说。“人们经常说视觉是相信的，但是当谈到细胞生物学时，我认为更合适的问题是，'我们什么时候才能相信我们所看到的？'” 一种新的显微镜技术使我们能够看到我们以前从未见过的细胞和组织。 Betzig及其同事将这一原理应用于微观世界，使用双光子激光器创建了一个自适应光学系统，当它穿透生物体时，可以保持格子光片的薄照明，从而生成无目标的无失真图像。 该团队在各种生物样本上验证了新的自适应光学/晶格光学显微镜，通过Kirchhausen实验室和HMS系统生物学副教授Sean Megason完成了大部分工作。 为了理解他们生成的数据，团队创建了定制的软件和计算和可视化工作流程，由研究共同主要作者Gokul Upadhyayula，波士顿儿童和儿童基金会实验室的儿科HMS讲师，以及Tsung-Li Liu带头，以前是HHMI Betzig实验室的研究科学家。 “对于我们生成的数据类型，我们无法使用任何商业软件来创建可解释的电影并提取具有生物学意义的信息，因此我们构建了必要的工具，”Upadhyayula说。“这使我们能够理解我们所获得的内容并以有意义的方式可视化数据，包括在不久的将来，完全互动的3D电影。” 成为焦点 结果非常好。在一部电影中，一股火热的橙色免疫细胞疯狂地蠕动着斑马鱼的耳朵，同时掠过蓝色的糖粒。另一方面，当移动的癌细胞滚过血管并试图挤过血管壁时，迁移的癌细胞落后于粘性附属物。 该团队拍摄了细胞器在细胞分裂过程中在细胞内重塑的细胞行为，甚至可以实时和近分子细节地看到网格蛋白介导的细胞内吞作用过程，细胞用它来捕获外部环境中的物质。 。 基希豪森说：“我致力于了解细胞如何使用基于囊泡携带者的机器，以及我一生都梦想在生物体内看到这种情况。” “我们终于实现了这一目标。” Betzig说，三维多细胞环境的复杂性可能是压倒性的，但成像的清晰度使得研究人员可以计算地“爆炸”分离组织中的单个细胞，从而专注于任何特定细胞内的动态。 “这就像'星际迷航'。这是探索的时代，“Upadhyayula说。“我们甚至不知道要问什么问题，因为我们从未在这个细节层面上看到过这些生物制品。” Betzig说，如果没有自适应光学系统，很难看到所有这些细节。“这太模糊了。”在他看来，自适应光学是当今显微镜研究中最重要的领域之一，晶莹光学显微镜，擅长三维实时成像，是展示其自身的完美平台。功率。 下一步是使该技术价格合理且用户友好。目前的显微镜占据了一个10英尺长的桌子。与Kirchhausen和Upadhyayula合作，Betzig的团队正在开发下一代版本，该版本应该放在一张小桌子上，费用可以达到个别实验室的范围。 第一个这样的仪器将进入Janelia的高级成像中心，来自世界各地的科学家可以申请使用它。同时建造的第二台仪器将位于波士顿HMS Quad的Kirchhausen实验室。还将提供建造该仪器的计划。 |
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