來(lái)自美國霍華德休斯醫學(xué)研究所Janelia研究園、中科院生物物理所、美國國立科學(xué)研究院、哈佛醫學(xué)院等的科學(xué)家們，借助其發(fā)展的新光學(xué)超分辨率成像技術(shù)，在前所未有的高分辨率條件下研究了活體細胞內的動(dòng)態(tài)生物過(guò)程。他們的新方法顯著(zhù)的提高了結構光照明顯微鏡(structure dillumination microscopy，SIM)的分辨率，一種最適合活體超分辨成像的技術(shù)。于2015年8月28日在美國《科學(xué)》雜志上以封面文章發(fā)表。

　　在這篇題為“Extended-resolution structure dillumination imaging ofendocyticandcytoskeletaldynamics”的文章中科學(xué)家們報道了一種能夠展現細胞內蛋白質(zhì)的運動(dòng)和相互作用的新技術(shù)，這一技術(shù)能夠幫助生物學(xué)家理解細胞是怎樣改變它們之間的依存結構，以及重整細胞膜結構使得細胞外的分子可以被吸收到細胞內。

　　眾所周知超分辨率光學(xué)顯微成像技術(shù)能夠在極高的分辨率下展現細胞內的精細結構。但是，其局限性在于不能有效進(jìn)行活體細胞成像。本文的作者之一，EricBetzig博士指出利用一種名為飽和耗盡非線(xiàn)性SIM，人類(lèi)有望克服這一問(wèn)題。飽和耗盡非線(xiàn)性SIM先把所有的熒光蛋白分子激活到可發(fā)光的狀態(tài)（亮態(tài)），然后用一束結構光把大部份的亮態(tài)分子反激活到暗態(tài)。通過(guò)結構光反激活之后，僅有少數處于結構光最弱區域的分子仍然保持在亮態(tài)。這些光調控過(guò)程提供了物體的高空間頻率信息，從而讓圖像更加清晰。這一過(guò)程需要重復25或更多次才能產(chǎn)生最終的高分辨率圖像。Betzig博士說(shuō)道，這一原理非常類(lèi)似于STED或另一種與其相關(guān)的叫做RESOLFT的超分辨率技術(shù)的原理。不過(guò)由于激活和反激活熒光蛋白需要很長(cháng)時(shí)間，同時(shí)反復光照會(huì )對細胞和熒光蛋白造成損傷，研究人員必須在這一技術(shù)基礎上進(jìn)行改良才能讓超分辨率活體細胞成像成為現實(shí)。

　　Betzig研究小組開(kāi)發(fā)了一種名為結構光激活非線(xiàn)性SIM的技術(shù)，用結構光只激活樣品里的一部分熒光蛋白分子，另外一束結構光用于反激活分子，額外的信息可以在反激活的過(guò)程中同時(shí)被讀出。兩個(gè)結構光疊加的效應給與最終圖像62納米的分辨率，這一結果好于原始的SIM，并且把由光波長(cháng)決定的傳統分辨率極限改進(jìn)了三倍。此外，結構光激活非線(xiàn)性SIM可在1/3秒內采集25幅原始圖像，并從中重建出一幅高分辨率圖像。它的圖像采集很高效，只需用較低的照明光強，并且收集每一個(gè)亮態(tài)熒光蛋白分子所攜帶的信息。從而有效地保護了熒光分子，使得顯微鏡能夠進(jìn)行更長(cháng)時(shí)間的成像，讓科學(xué)家們可以觀(guān)測到更多的動(dòng)態(tài)活動(dòng)。

　　目前，科學(xué)家們已經(jīng)利用這一技術(shù)進(jìn)行一系列應用。例如獲得了在細胞運動(dòng)和改變形狀的過(guò)程中骨架蛋白的解體和自身再組裝過(guò)程，以及在細胞膜表面的叫做caveolae的微小內吞體動(dòng)態(tài)過(guò)程的影像；觀(guān)測了多個(gè)骨架蛋白質(zhì)在形成粘著(zhù)斑（鏈接細胞內外的物理鏈）過(guò)程中的運動(dòng)和相互作用；追蹤了clathrin修飾的內吞體的成長(cháng)和內吞過(guò)程（內吞體將細胞外的分子轉移到細胞內）等。而這一技術(shù)也必將為推動(dòng)生命科學(xué)研究提供更強大的動(dòng)力。