细胞探索新境界：高精度3D可视化成像平台问世

【 项目成果】 近日，美国莱斯大学的研究团队开发了一种名为单目标倾斜光片3D(soTILT3D)的创新成像平台，并在超分辨率显微镜领域取得了重大突破。这一成果已在最新一期《自然·通讯》杂志上发表，引起了广泛关注。
 

soTILT3D平台结合了倾斜光片技术、纳米打印微流体系统以及先进的计算方法，具备强大的全细胞、多目标成像能力，显著改进了当前细胞结构的3D可视化精度。这一创新平台为纳米尺度上观察细胞结构提供了前所未有的细节，有助于科学家更深入地理解细胞内部复杂的运作机制。
 

在纳米尺度上研究细胞对于揭示健康和疾病状态下的关键细节至关重要。传统荧光显微镜虽然对研究细胞结构有一定帮助，但受到光衍射的限制，难以分辨小于几百纳米的特征。而单分子超分辨率显微镜虽然提供了纳米尺度上的生物结构洞察，但现有技术往往存在高背景荧光和成像速度慢等问题，特别是在处理厚样品或复杂细胞聚集体时。此外，它们还缺乏对样品环境的精确、可调控制。
 

soTILT3D平台直接解决了这些挑战。它利用单物镜倾斜光片选择性地照亮样本的一小部分，有效减少了非焦点区域产生的背景荧光干扰，特别适用于如哺乳动物细胞这样的厚样本成像。此外，该平台集成了特制的微流体系统和金属化微镜，不仅能精准调控细胞外部环境，支持快速更换溶液，而且适合进行无颜色偏移的连续多目标成像，同时允许将光片反射至样本中，确保成像质量。
 

该平台还应用了包括深度学习在内的高级计算工具，保证长时间内的稳定成像。这一特性使得soTILT3D在处理密集发光点时的速度可达传统方法的十倍以上，大大缩短了捕捉细胞内复杂结构(例如核纤层、线粒体和细胞膜蛋白)详尽图像所需的时间。
 

soTILT3D平台具备强大的全细胞3D多目标成像能力，可同时追踪细胞内部多种蛋白质的分布情况，并精确测量它们之间的纳米级距离。这意味着科学家现在能以前所未有的精度和准确性观察到紧密排列的蛋白质的空间布局，进而获得关于这些蛋白质如何组织以及它们在调控细胞功能中扮演角色的新见解。
 

该平台的独特优势在于它能够实现长时间稳定的成像，这对于捕捉细胞内动态过程至关重要。再借助深度学习算法快速准确地分析大数据，就能向人们揭示细胞内部结构间的复杂关系。这一成就将加速新型疗法的研发，尤其是针对那些依赖于细胞内部特定分子相互作用的疾病。
 

莱斯大学化学助理教授、该研究的通讯作者Anna-Karin Gustavsson表示：“我们开发soTILT3D的目标是打造一种灵活的成像工具，克服传统超分辨率显微镜的局限性。我们希望这些进步能够促进生物学、生物物理学和生物医学领域的研究，因为这些领域中的纳米尺度复杂相互作用是了解细胞功能在健康和致病机制中的关键。”
 

soTILT3D平台的生物兼容性还使其适用于活体细胞成像，使科学家可以实时研究细胞对不同刺激的反应，同时减少光损伤。其精确控制的溶液交换功能也使soTILT3D成为实时测试药物治疗如何影响细胞的理想工具。
 

总的来说，soTILT3D平台的出现标志着细胞成像技术迈入了一个全新的阶段，预示着未来生物学研究将更加精细和高效。这一创新不仅为科学家提供了更强大的工具来探索细胞内部的奥秘，也为新型疗法的研发开辟了新的道路。

来源：科技日报