來自美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所Janelia研究園、中科院生物物理所、美國國立科學(xué)研究院、哈佛醫(yī)學(xué)院等的科學(xué)家們，借助其發(fā)展的新光學(xué)超分辨率成像技術(shù)，在前所未有的高分辨率條件下研究了活體細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)生物過程。他們的新方法顯著的提高了結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡(structured illumination microscopy, SIM)的分辨率，一種最適合活體超分辨成像的技術(shù)。于2015年8月28日在美國《科學(xué)》雜志上以封面文章發(fā)表。 9QkIMJf0e  
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在這篇題為“Extended-resolution structured illumination imaging of endocytic and cytoskeletal dynamics”的文章中科學(xué)家們報道了一種能夠展現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的運(yùn)動和相互作用的新技術(shù)，這一技術(shù)能夠幫助生物學(xué)家理解細(xì)胞是怎樣改變它們之間的依存結(jié)構(gòu)，以及重整細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)使得細(xì)胞外的分子可以被吸收到細(xì)胞內(nèi)。 {ZgycMS  
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眾所周知超分辨率光學(xué)顯微成像技術(shù)能夠在極高的分辨率下展現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。但是，其局限性在于不能有效進(jìn)行活體細(xì)胞成像。本文的作者之一，Eric Betzig博士指出利用一種名為飽和耗盡非線性SIM，人類有望克服這一問題。飽和耗盡非線性SIM先把所有的熒光蛋白分子激活到可發(fā)光的狀態(tài)（亮態(tài)），然后用一束結(jié)構(gòu)光把大部份的亮態(tài)分子反激活到暗態(tài)。通過結(jié)構(gòu)光反激活之后，僅有少數(shù)處于結(jié)構(gòu)光最弱區(qū)域的分子仍然保持在亮態(tài)。這些光調(diào)控過程提供了物體的高空間頻率信息，從而讓圖像更加清晰。這一過程需要重復(fù)25或更多次才能產(chǎn)生最終的高分辨率圖像。Betzig博士說道，這一原理非常類似于STED或另一種與其相關(guān)的叫做RESOLFT的超分辨率技術(shù)的原理。不過由于激活和反激活熒光蛋白需要很長時間，同時反復(fù)光照會對細(xì)胞和熒光蛋白造成損傷，研究人員必須在這一技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改良才能讓超分辨率活體細(xì)胞成像成為現(xiàn)實(shí)。 _LLE~nUK"/  
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Betzig研究小組開發(fā)了一種名為結(jié)構(gòu)光激活非線性SIM的技術(shù)，用結(jié)構(gòu)光只激活樣品里的一部分熒光蛋白分子，另外一束結(jié)構(gòu)光用于反激活分子，額外的信息可以在反激活的過程中同時被讀出。兩個結(jié)構(gòu)光疊加的效應(yīng)給與最終圖像62納米的分辨率，這一結(jié)果好于原始的SIM，并且把由光波長決定的傳統(tǒng)分辨率極限改進(jìn)了三倍。此外，結(jié)構(gòu)光激活非線性SIM可在1/3秒內(nèi)采集25幅原始圖像，并從中重建出一幅高分辨率圖像。它的圖像采集很高效，只需用較低的照明光強(qiáng)，并且收集每一個亮態(tài)熒光蛋白分子所攜帶的信息。從而有效地保護(hù)了熒光分子，使得顯微鏡能夠進(jìn)行更長時間的成像，讓科學(xué)家們可以觀測到更多的動態(tài)活動。 cKAZWON8;v  
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目前，科學(xué)家們已經(jīng)利用這一技術(shù)進(jìn)行一系列應(yīng)用。例如獲得了在細(xì)胞運(yùn)動和改變形狀的過程中骨架蛋白的解體和自身再組裝過程，以及在細(xì)胞膜表面的叫做caveolae的微小內(nèi)吞體動態(tài)過程的影像；觀測了多個骨架蛋白質(zhì)在形成粘著斑（鏈接細(xì)胞內(nèi)外的物理鏈）過程中的運(yùn)動和相互作用；追蹤了clathrin修飾的內(nèi)吞體的成長和內(nèi)吞過程（內(nèi)吞體將細(xì)胞外的分子轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)）等。而這一技術(shù)也必將為推動生命科學(xué)研究提供更強(qiáng)大的動力。（生物谷編譯整理）