新显微镜捕获细胞深处生命系统的详细三维电影

我们的窗口进入细胞的世界只是得到了一大堆清晰。

通过结合两种成像技术,科学家们现在可以看以前所未有的3 - d细节癌细胞爬行,脊髓神经电路连接,并通过斑马鱼免疫细胞巡航的内耳。

物理学家埃里克•Betzig组长霍华德·休斯医学研究所的Janelia研究校园,和同事报告的工作在《科学。

科学家们有活细胞成像显微镜数百年来,但最尖锐的观点来自细胞隔离玻璃幻灯片。细胞内整体的大群生物争夺光线像满口袋的弹珠,Betzig说。“这就提出了一个唠叨的疑问,我们没有看到细胞的原生状态,沉湎于有机体的进化。”

即使单独观察细胞,显微镜最常用于研究细胞内部运作通常是太慢的行动在3 d。这些显微镜洗澡细胞与光数千到数百万倍比沙漠的太阳强烈,Betzig说。“这也有助于我们的担心,我们没有看到细胞在自然,轻形式。

“人们常说,眼见为实,但当涉及到细胞生物学,我认为更合适的问题是,“我们认为我们什么时候可以看到了吗?”他补充道。

迎接这些挑战,Betzig和他的团队组合两个显微镜技术首次报道于2014年,同年,他分享了诺贝尔化学奖。解读光从细胞埋在生物研究人员转向自适应光学——天文学家所使用的相同的技术提供清晰的观点通过地球大气湍流的遥远的天体。然后,图像的内部编排这些细胞迅速,然而轻轻地,在3 d中,团队使用晶格光显微镜。科技不断快速扫描一个超薄表通过细胞的光而获得的一系列二维图像,建立一个高分辨率的3 d电影的亚细胞动力学。

新显微镜三显微镜:一种自适应光学系统维护的薄照明光晶格表内穿透有机体,而另一个自适应光学系统创建免于扭曲图像时从上面俯视着照明平面。用激光照射通过途径,研究人员创建一个明亮的光在该地区他们希望的形象。的扭曲形象“导游之星”告诉团队光学畸变的性质以及途径。研究人员可以纠正这些扭曲运用平等但相反的扭曲像素化光调制器在激励方面,和可变形镜检测。在大量,扭曲改变光线的遍历不同的组织。在这种情况下,团队组装大型3 d图像的一系列子卷,每个都有自己的独立的激发和检测修正。

结果提供了一个令人振奋的新观察生物学,和行动在亚细胞水平揭示一个繁华的城市。在显微镜的一个电影,一个橘红色的免疫细胞通过斑马鱼的耳朵而疯狂地扭动铲起蓝糖颗粒。在另一个,癌细胞道粘在滚通过血管和附件试图获得购买在血管壁。

三维多细胞环境的复杂性可以被驳回,Betzig说,但是他的团队的清晰成像允许他们计算“爆炸”的单个细胞组织在任何特定一个关注动态,如细胞分裂期间内部细胞器的重构。

所有这些细节是很难看到没有自适应光学,Betzig说。“这太该死的模糊。”在他看来,自适应光学显微镜研究是最重要的一个领域的今天,和晶格光薄片显微镜,擅长三维实时成像,是一个完美的平台来展示它的力量。自适应光学尚未真正起飞,他说,因为技术复杂,价格昂贵,而且直到现在,显然不值得付出努力。但在10年内,Betzig预测,生物学家将船上。

下一个步骤是使技术负担得起的和友好的。“技术示范和出版物不小事。显微镜的唯一指标,应该判断有多少人使用它,他们发现的意义,”Betzig说。

当前显微镜填充10英尺长的表。“这有点弗兰肯斯坦的怪物现在,“Betzig说,是谁搬到加州大学伯克利分校。他的团队正致力于新一代版本,应该装上一个小桌子在个人实验室的成本。第一个这样的仪器将Janelia先进的成像中心,来自世界各地的科学家可以适用于使用它。计划,科学家们可以使用它来创建他们自己的显微镜也将免费提供。最终,Betzig希望自适应光学版本的晶格显微镜将商业化,就像基晶格仪器。自适应光学的主流。

“如果你真的想了解细胞体内,和图像质量可能体外,这是门票的价格,”他说。

这篇文章被转载材料所提供的霍华德休斯医学研究所。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。