Nature子刊：新3D显微镜能更好的观测快速的生物学过程
来源：中检健康
编辑：中检健康
时间：2019-05-05
“许多重要的生物过程都在三维空间中以毫秒的速度发生，”Lars Hufnagel讲解关于新显微镜开发的理论基础时说道。捕捉这些快速的过程是生物学中的一大挑战。不仅仅在二维，而且要在三维上显示它们——接近所需要的高分辨率——这是现代显微镜的第二个主要挑战。
由欧洲分子生物学实验室（EMBL）团队领导人Lars Hufnagel、Robert Prevedel及其团队开发的新的光场显微镜系统（light-field microscopy system ）同时克服了这两个障碍。“我们的新方法使我们能够在每秒200张图像以及在3D的维度上研究生物学过程，”Robert Prevedel说。“除此之外，它的分辨率是经典光学显微镜的十倍。”Lars Hufnagel补充说。
先前开发的显微镜，主要是基于光片方法，也试图对快速的生物过程成像，但速度比新技术慢得多。由于它们太慢了，看不到心脏和神经元细胞内的动态过程。
由欧洲分子生物学实验室（EMBL）团队领导人Lars Hufnagel、Robert Prevedel及其团队开发的新的光场显微镜系统（light-field microscopy system ）同时克服了这两个障碍。“我们的新方法使我们能够在每秒200张图像以及在3D的维度上研究生物学过程，”Robert Prevedel说。“除此之外，它的分辨率是经典光学显微镜的十倍。”Lars Hufnagel补充说。
先前开发的显微镜，主要是基于光片方法，也试图对快速的生物过程成像，但速度比新技术慢得多。由于它们太慢了，看不到心脏和神经元细胞内的动态过程。
鱼心脏的初步可行性研究
为了证明这项新技术的能力，研究小组实时观察了日本青鳉鱼（medaka）中跳动的心脏和血液流动。以medaka鱼作为观察对象是因为它是一种研究的很清楚的模式生物。此外，血细胞移动速度很快——高达每秒1毫米——这对任何现有的显微镜来说都是一个挑战。
这项测试的图像首次显示了单个血细胞是如何通过两个心室的。“这就开启了全新的可能性，”该研究的共同作者，海德堡大学组织研究中心的Joachim Wittbrodt说。“在展示遗传背景或突变如何对心跳动力学产生影响时，这项新技术可用于研究心脏缺陷。”
跨学科研究与发展
建造新显微镜是一项跨学科的工作。两个EMBL小组的研究人员都有不同科学领域的背景：该多学科团队包括物理学家、工程师、计算机科学家，当然还有生物学家。
“这一新的显微镜表明，EMBL不仅处于分子生物学研究的前沿，而且是研究和开发该领域所需新技术的重要场所，”Hufnagel说。
下一步：神经元
对medaka鱼心脏的研究只是新显微镜的第一次试验。Robert Prevedel期待着用显微镜来研究这些动物的神经细胞群的活动和动力学。“未来相机的发展可以进一步提高成像速度。这将使我们的新显微镜技术成为一个有吸引力的工具，在三维空间上以毫秒的速度来观测神经元网络的动力学，”Prevedel总结说。
原文检索：Instantaneous isotropic volumetric imaging of fast biological processes
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