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清华大学戴琼海团队实现计算显微新突破:以前所未有的时空分辨率进行哺乳动物活体长时程观测

清华新闻网526日电 近日,清华大学戴琼海院士团队在计算摄像显微仪器研制和生命科学观测领域取得重要成果,研制的扫描光场显微镜(DAOSLIMIT),突破三维组织分布、光学像差、光毒性等诸多胶着问题的限制,在哺乳动物活体环境下实现了高速亚细胞分辨率长时程观测。

在哺乳动物活体环境下进行高速亚细胞分辨率长时程观测始终悬而未决,极大地制约了脑科学、肿瘤学与免疫学的深入研究。清华大学戴琼海团队长期从事光场智能显微仪器研究,独辟蹊径地提出了数字自适应光学框架,发明了扫描光场成像技术,历经三年的攻关,研制了扫描光场显微镜,在225×225×16μm3的成像视野范围内,以横向220nm和轴向400nm光学衍射极限分辨率,将毫秒级活体三维连续观测时长从数分钟提高到小时级,活体成像时空分辨率提升了2个数量级,光毒性降低3个数量级,为揭示哺乳动物活体多细胞、多细胞器间的相互作用提供了全新路径。迁移体(migrasome)是清华大学俞立团队最近发现并命名的新细胞器,现在已知迁移体在胚胎发育,免疫系统稳态维持中起重要作用。借助扫描光场显微镜(DAOSLIMIT),得以开创哺乳动物活体环境中迁移体功能研究的新领域。研究人员将中性粒细胞和血管分别进行染色,在活体小鼠肝脏内进行多色成像,首次清晰地观测到了迁移体和丝状伪足在哺乳动物体内的生成与变化。

扫描光场显微镜(DAOSLIMIT)系统概念与原理应用示意

此项研究工作以“数字自适应光学迭代层析成像技术使三维亚细胞毫秒尺度活动的小时级长时活体观测成为可能”(Iterative tomography with digital adaptive optics permits hour-long intravital observation of 3D subcellular dynamics at millisecond scale)为题,于5月25日在线发表在《细胞》(Cell)期刊。

清华大学自动化系博士后吴嘉敏、博士研究生卢志,生命学院博士后姜东为该论文的共同第一作者,清华大学自动化系、北京信息科学与技术国家研究中心、脑与认知科学研究院戴琼海教授,自动化系范静涛副研究员,生命学院俞立教授为论文共同通讯作者。此项研究工作得到了国家自然基金项目的资助。

论文连接:

供稿:自动化系

编辑:李华山

审核:吕婷

2021年05月26日 09:53:02

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