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    我国学者在荧光超分辨率显微成像研究方面取得进展

    日期 2021-11-26   来源:医学科学部   作者:郭伟圣 曹河圻  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:92054301、81925022)等的资助下,北京大学陈良怡教授团队与哈尔滨工业大学李浩宇教授团队合作在荧光超分辨率显微成像研究方面取得进展。研究成果以“稀疏解卷积算法提高活细胞荧光超分辨显微成像分辨率(Sparse deconvolution improves the resolution of live-cell super-resolution fluorescence microscopy)”为题,2021年11月16日正式发表于《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上,论文链接:https://doi.org/10.1038/s41587-021-01092-2

      光学显微镜作为关键成像仪器有效地推动了现代生物医学领域的进步。然而,活细胞中的超分辨率显微成像仍然存在两个主要瓶颈:(1)超分辨率的光毒性限制了观察活细胞中精细生理过程;(2)受限于荧光分子单位时间内发出的光子数,活细胞成像中超分辨率显微镜的时间和空间分辨率不可兼得。因此,目前基于光学硬件或者荧光探针的改进尚无法突破活细胞超分辨率成像毫秒尺度60 nm的时空分辨率,无法在活细胞中进行多色、三维、长期超分辨成像。

      该研究团队从计算的角度建立了一种能突破光学衍射极限的通用算法,提出了利用荧光超分辨率等价于图像稀疏性的解卷积(Sparse deconvolution)方法,实现了计算荧光超分辨率成像。该方法与超快结构荧光超分辨显微镜相结合,在活细胞上进行了超分辨光学显微成像,其分辨率可达60纳米、速度达到564帧/秒、成像时间长达1小时以上,清晰观察到了胰岛素囊泡早期融合孔道。此外,该稀疏解卷积方法还与市场上一系列商业荧光显微镜结合,提升了仪器的空间分辨率,在活细胞中进行了多色、三维、长期超分辨成像,得到了精细的细胞结构动态。

      该研究团队提出的基于计算原理的荧光超分辨率显微成像,为将来利用荧光成像图像重建的本质先验信息,继续推进显微成像的时空分辨率极限开辟了新道路。为生物医学研究者更好地可视化细胞中的精细动态结构,探索重大基础科学和生命健康问题提供了新技术和新方法。

     

    图1 稀疏解卷积广泛应用于不同模态、各类细胞器的活细胞超分辨荧光显微成像




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