因“开发超分辨率荧光显微镜”而获得2014年诺贝尔化学奖的埃里克白兹格博士取得了又一项突破。他领导的团队最近开发了一种结合了两种成像技术的显微镜，使研究人员能够观察到前所未有的活细胞的3D细节，包括癌细胞运动、脊椎神经回路连接和斑马鱼内耳中的免疫细胞迁移。
在斑马鱼胚胎的脊髓中，新的神经元以不同的颜色发光，使科学家能够跟踪神经回路的发展Credit: T. Liu等人/Science 2018
4月20日，这一成果发表在《科学》杂志上，标题为“观察细胞的自然状态：多细胞生物中的细胞动力学成像”。作者认为，这项新技术解决了活组织中细胞成像的长期问题，为生物学研究提供了一个令人兴奋的新视角。
克服传统显微镜的障碍
为了获得清晰的图像，传统显微镜通常将实验对象隔离在载玻片上，或者用潜在有害量的光照射它们。但Betzig博士认为，在载玻片上观察孤立的细胞就像去动物园研究狮子的行为(你看不到细胞在原始环境中的真实行为)。
一个免疫细胞在斑马鱼的内耳中迁移，同时一路窥探糖的颗粒(蓝色)。鸣谢：T. Liu等人/Science2018(视频地址：)
为了克服这些障碍，Betzig博士和他的团队结合了他们在2014年首次报道的两种显微镜技术。现在，使用这个新设备，研究人员能够在细胞所处的自然环境下观察它们（，而不是将它们分开，然后观察它们）。上面的视频展示了在斑马鱼胚胎内耳中移动的一个免疫细胞。。
成像发育中的斑马鱼的细胞多样性(来源：科学)
新技术的两大改进
第一步：让细胞“活着”
为了制作这个免疫细胞视频，Betzig博士和他的同事们避免了传统显微镜使用的强光，因为这种光会破坏或杀死活细胞。相反，研究小组使用了一种被称为“lattice light-sheet microscopy”的技术，这项技术可以让一片很薄的光以非常高的速度连续穿过活体组织，从而将细胞损伤降至最低水平，同时获得一系列2D图像，构建一个高分辨率的亚细胞动力学3D电影。
第二步：使细胞周围环境不被“扭曲”
同时，为了防止细胞周围的环境被“扭曲”，研究人员使用了自适应光学(自适应光学，天文学家使用的一种成像技术)。这项技术可以帮助解决“失真”问题，并纠正图像。
图片来源：霍华德休斯医学研究所
贝齐格博士说，“如果没有自适应光学，所有这些细节都很难看到。”在他看来，自适应光学是当今显微镜研究中最重要的领域之一，而擅长3D活体成像的“lattice light sheet microscope”则是展现其力量的完美平台。同时，他还指出，目前，自适应光学还没有真正“起飞”，因为这项技术复杂而昂贵，但在未来10年内，世界各地的生物学家都会参与进来。
前所未有的3D分辨率
借助这种结合了“点阵式光片显微镜”和“自适应光学”的新显微镜技术，研究人员现在能够窥视生物体的内部，以前所未有的3D分辨率观察细胞间的相互作用。以下是9张酷炫的动图：
人类干细胞来源器官的胞吞作用
早期斑马鱼脑中细胞器的动态变化
斑马鱼眼中细胞器的动态变化
体内蛋白质介导的胞吞作用
斑马鱼眼睛中膜的动力学
脊髓神经回路发育的活体成像
肌纤维中网格蛋白的定位
对大体积成像进行“平铺自适应光学”校正。
斑马鱼异种移植模型中癌细胞的迁移
下一步计划
最后值得一提的是，这个设备目前需要一个3米长的桌子，Betzig博士等正致力于让其更小巧、更人性化。“判断显微镜价值的唯一标准是有多少人能使用它，以及人们用它发现的东西的重要性。”他说。最后，Betzig博士希望这项新技术能够被商业化能够让自适应光学成为主流。
原标题：诺奖得主《科学》发表突破性成果：癌细胞运动、神经发育、新技术可“看见”
责编：风铃
参考资料：
尖端显微镜可以监视人体内的活细胞
新显微镜捕捉生命系统深处细胞的详细三维电影