來自喬治亞理工學院和加州大學舊金山分校的研究人員近日開發(fā)了一項新技術(shù)，可大大提高科學家們獲得運動中的單細胞結(jié)構(gòu)清晰圖譜的能力。利用壓縮傳感鑒別分子，這項新技術(shù)為我們提供了必要的空間分辨率以及可能比以前更快的時間分辨率。相關(guān)研究論文發(fā)布在4月22日的《自然方法》(Nature Methods)雜志上。
盡管在過去的幾年里，超分辨率顯微鏡領(lǐng)域取得了大量的成果，空間分辨率不斷提高，然而由于需要高時間分辨率活細胞成像仍是一個挑戰(zhàn)。
在這篇文章中，來自喬治亞州理工學院George W. Woodruff機械工程學院的助理教授朱磊(Lei Zhu，音譯)和加州大學舊金山分校**化學系和生物化學與生物物理學系助理教授黃波(Bo Huang)開發(fā)出了一種先進的技術(shù)，利用超分辨率顯微鏡解析了相比過去能看到的小一個數(shù)量級的細胞元件。這使得研究人員能夠挖掘到從前無法觸及的信息，解答新的生物學問題。
過去超分辨率顯微鏡采用的單分子開關(guān)(single-molecule-switching)技術(shù)主要依賴于將單分子成像稀疏地散布到大量，通常是成千上萬的照相機像幀(camera frames)上。它在時間分辨率上極其受限，無法在活細胞中追蹤動態(tài)過程。
朱磊說：“現(xiàn)在利用我們的成果，使用具有秒或甚至子秒(sub-second)時間分辨率的超分辨率顯微鏡可以大視野地追蹤更多的動態(tài)細胞過程。我們對于單細胞生命的知識大部分都來自于我們觀察細胞中微小結(jié)構(gòu)的能力?！?/p>
黃波指出：“其中的一種應(yīng)用就是研究細胞的能量工廠線粒體與其他細胞器和細胞生命周期過程中結(jié)構(gòu)重塑的細胞骨架之間的互作機制?！?/p>
當前，光學顯微鏡，尤其是熒光顯微鏡仍然被許多生物學家經(jīng)常使用。然而作者們認為傳統(tǒng)的光學顯微鏡有一個主要的局限：由于受到衍射現(xiàn)象的影響，無法解析距離小于半個光波的物體。無論使用多高的放大倍數(shù)，衍射均使得成像看起來模糊，相互重疊。
“衍射限制一直以來被視為是光學顯微鏡的一個基礎(chǔ)局限，直到近期發(fā)明了超分辨率熒光顯微鏡技術(shù)，”朱磊說。超分辨率顯微鏡技術(shù)，例如隨機光重建顯微鏡 (stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)和光敏定位顯微鏡(photoactivated localization microscopy, PALM)，均依賴于記錄樣品中單個分子的光發(fā)射(light emission)的能力。
利用可在可視與不可視狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的標記分子，STORM/PALM可確定每個目的分子的位置。這些位置終定義結(jié)構(gòu)。
原文摘要：
Faster STORM using compressed sensing
In super-resolution microscopy methods based on single-molecule switching, the rate of accumulating single-molecule activation events often limits the time resolution. Here we developed a sparse-signal recovery technique using compressed sensing to analyze images with highly overlapping fluorescent spots. This method allows an activated fluorophore density an order of magnitude higher than what conventional single-molecule fitting methods can handle. Using this method, we demonstrated imaging microtubule dynamics in living cells with a time resolution of 3 s.
