404 多个维度下观测活细胞 - Materials Views 中国

多个维度下观测活细胞

Multi-dimensional fluorescence microscopy of living cells

荧光显微学(fluorescence microscopy)是研究生物样品的一项重要技术,将该技术拓展到多个维度能带来什么样的结果呢?来自德国亚琛和乌尔姆的研究者们最近发表了一篇综述文章,对具有高空间、时间和能谱分辨率的荧光显微学进行了介绍,并讨论了它们在活细胞研究中的应用。

综述中所介绍的方法均适用于低的光源照射强度,这对保持细胞的活性非常重要;另外新的实验设计,尽量减少外来荧光标记的应用也是很重要的。相对单个细胞和单细胞层,三维的细胞组织在研究中正显得愈发重要,因为它与生物体组织的形态和功能更为接近。文章中相关的应用涉及了不同生理条件下癌症的检测、以及细胞的断层成像。

空间分辨率是光学显微学的一个重要指标。光的散射往往会限制在横向以及轴向上的分辨率;在高的放大倍数下,比较小的焦距也会对观察产生限制。为了克服这些问题,科学家们发展了激光扫描显微技术(laser scanning microscopy ~ LSM),可以对某一焦平面进行成像。采用结构化光源的传统的宽视场显微镜(wide field microscopy)也是一种选择。它通过将光学网格置于样品的不同位置并成像,从一系列像中去除焦面以外光线的影响,解出位于焦面的像。但这两种方法都需要比较强的光源照射和比较长的成像时间,这对细胞的活性影响很大。目前仅报道过很少的几个需要低剂量照射的成像方法。

在多维显微学领域,空间分辨率往往与高的能谱和时间分辨率相结合,称之为能谱成像或者荧光寿命成像技术(fluorescence lifetime imaging microscopy ~ FLIM)。这些技术除了可以精确地控制荧光探头的位置,还能够对细胞同它们所处的微环境间的分子间作用进行探测。在这种交互作用中,由于可以清楚地分辨分子间的距离(小于10nm),所以从供体到受体的非放射性能力转移起主要的作用。变角度全内部反射荧光显微学(Variable-angle total Internal Reflection Fluorescence Microscopy ~ TIRFM)可以在纳米尺度对细胞膜和细胞基体的拓扑结构进行选择性的测量,也可以同能谱和时间分辨的探测技术结合起来。

Schneckenburger et al., J. Biophotonics, 2011 ; DOI: 10.1002/jbio.201000098

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