這種方法產(chǎn)生的小鼠精母細(xì)胞聯(lián)會(huì)復(fù)合體圖像
現(xiàn)在耶魯大學(xué)新報(bào)道了4Pi單分子定位的顯微鏡，能夠進(jìn)行10-20 nm同向定位精確度的研究。重要的是這種新型顯微鏡可用于10 um厚的樣本成像，這對于兩個(gè)目標(biāo)定位的熒光顯微鏡方法有了一個(gè)顯著的改善。相關(guān)文章刊登在8月11日Cell上。
細(xì)胞生物學(xué)的重大進(jìn)展總是與顯微鏡的創(chuàng)新緊密聯(lián)系在一起的。光的波動(dòng)性制約著傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡的分辨率為200 nm，無法了解更詳細(xì)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)組件。高分辨率顯微鏡的改進(jìn)為研究人員提供了關(guān)于細(xì)胞形態(tài)和功能的前所未有的細(xì)節(jié)水平。這篇文章開發(fā)了一種新的熒光顯微鏡，在10-20納米的分辨率提供了對完整細(xì)胞空間內(nèi)容的訪問。本期Cell的封面就在20nm的分辨率顯示了9μm厚度的小鼠精母細(xì)胞聯(lián)會(huì)復(fù)合體的細(xì)節(jié)。
雙目標(biāo)的“4Pi”幾何學(xué)提高分辨率
超分辨率熒光顯微鏡或納米成像技術(shù)的出現(xiàn)，比如2014諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)獲得者Stefan W. Hell發(fā)明的STED（受激發(fā)射損耗，stimulated emission depletion）和SMSN (單分子轉(zhuǎn)換納米顯微single-moleculeswitching nanoscopy)熒光成像技術(shù)突破了衍射限制的熒光顯微鏡的應(yīng)用范疇。目前熒光納米顯微技術(shù)，或者是超高分辨率的顯微鏡，已經(jīng)成為細(xì)胞生物學(xué)研究的重要工具。
雖然這些工具在焦平面（橫向，X-Y）上達(dá)到20-40nm的分辨率，但在深度方向（軸向、Z）只限于50–80 nm，厚的樣本中分辨率很差，其實(shí)際生物應(yīng)用被限制在兩個(gè)方向和薄的樣本。這篇文章用了雙目標(biāo)的“4Pi”幾何學(xué)，并通過使用可變形反射鏡校正深度引起的點(diǎn)擴(kuò)散功能的變化進(jìn)一步地提高分辨率。
研究者們展示了開發(fā)全細(xì)胞4Pi單分子轉(zhuǎn)換納米顯微鏡（W-4PiSMSN）。使用兩個(gè)目標(biāo)倍增了檢測效率，從而提高了定位的精度——在三個(gè)維度上達(dá)1.4倍。此外使用兩個(gè)目標(biāo)的4Pi幾何學(xué)允許在探測器產(chǎn)生單分子發(fā)射干擾模式，這比2009年的iPALM干涉檢測和2011年的4Pi-SMSN單標(biāo)記轉(zhuǎn)換納米顯微技術(shù)，在精度上提高了10到40倍。這個(gè)提高了的方案能在10nm的軸向分辨率上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)圖譜。
對各種亞細(xì)胞3D結(jié)構(gòu)成功成像
W-4PiSMSN拓展了在整個(gè)細(xì)胞的成像能力而不影響分辨率。這樣的顯微技術(shù)允許對整個(gè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞10到20nm分辨率的3D結(jié)構(gòu)成像。研究證實(shí)W-4PiSMSN可以廣泛應(yīng)用在不同的研究領(lǐng)域，該方法允許對幾乎任何亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)超高分辨率的三維成像。為了證明這點(diǎn)，研究人員對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、噬菌體、線粒體、核孔復(fù)合物、原發(fā)性纖毛、高爾基體相關(guān)囊泡和小鼠精母細(xì)胞聯(lián)會(huì)絲復(fù)合物等復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，在大型的3D細(xì)胞體積上成功成像。通過這些例子，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)W-4PiSMSN打開了之前無法回答的細(xì)胞生物學(xué)問題的大門。
這種方法產(chǎn)生的線粒體圖像
這種方法產(chǎn)生的纖毛圖像
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