作者克里斯·亚当，普渡大学 初级视皮层树突的三维超分辨率重建
普渡大学的创新者创造了一种成像工具，可以可视化整个细胞和组织内的纳米级结构
学分:黄芳/普渡大学 自从350年前罗伯特·胡克在显微照相术中首次描述细胞以来，显微术在理解生命规则方面发挥了重要作用
然而，最小的可分辨特征，即分辨率，受到光的波动性质的限制
这一百年的障碍限制了对细胞功能、相互作用和动力学的理解，特别是在亚微米到纳米尺度
超分辨率荧光显微镜克服了这一基本限制，分辨率提高了10倍，使科学家能够以前所未有的空间分辨率观察细胞和生物分子的内部工作
然而，当在全细胞或组织标本内观察时，这种分辨能力受到阻碍，例如在癌症或大脑研究期间经常分析的那些标本
从样本内部的分子发出的光信号以不同的速度穿过细胞或组织结构的不同部分，导致像差，这将使图像恶化
现在，普渡大学的研究人员开发了一种新技术来克服这一挑战
普渡大学工程学院生物医学工程助理教授黄芳说:“我们的技术允许我们直接从单个分子——附着在感兴趣的细胞结构上的微小光源——产生的信号来测量样本(细胞或组织)引起的波前畸变。”
“通过了解诱发的扭曲，我们可以高精度和精确地确定单个分子的位置
我们获得细胞或组织体积内单个分子的数千到数百万个坐标，并利用这些坐标揭示样本成分的纳米级结构
" 普渡团队的技术最近发表在《自然方法》杂志上
“在三维超分辨率成像过程中，我们记录了数千到数百万个单个荧光分子的发射模式，”黄实验室的博士后说，他也是该出版物的第一作者之一
“这些发射模式可被视为在不同轴向位置的随机观测，从描述这些发射模式在不同深度的形状的基础三维点扩展函数中采样，我们的目标是恢复这些形状
我们的技术使用两个步骤:分配和更新，从包含任意位置分子发射模式的记录单分子数据集中迭代检索波前畸变和三维响应
" 普渡技术允许在整个细胞和组织中以低至几纳米的精度找到生物分子的位置，从而以高分辨率和保真度解析细胞和组织结构
“这一进展将超分辨率显微术的常规应用范围从盖玻片附近选定的细胞靶标扩展到组织深层的细胞内和细胞外靶标，”黄实验室的博士后研究员、马说，他也是该出版物的第一作者之一
“这种新发现的可视化能力可以更好地理解神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症，以及影响大脑和身体各部分的许多其他疾病
" 美国国立卫生研究院为这项研究提供了主要支持
研究小组的其他成员包括印第安纳大学医学院的加里·兰德瑞斯教授；莎拉·卡尔维(Sarah Calve)，普渡大学工程学院生物医学工程副教授(现为科罗拉多大学博尔德分校机械工程副教授)；哈佛医学院的尹鹏教授；和普渡大学生物科学助理教授亚历山大·丘拜金
作者的完整列表可以在《自然方法》中找到
“这一技术进步令人吃惊，并将从根本上改变我们评估阿尔茨海默病病理特征的精确度，”兰德瑞斯说
“我们能够看到越来越小的物体以及它们之间的相互作用，这有助于揭示我们以前没有意识到的结构复杂性
" 卡尔维说，这项技术是再生疗法向前迈出的一步，有助于促进体内修复
卡尔维说:“这一进展对于理解组织生物学和能够可视化结构变化至关重要。”
丘拜金的实验室专注于自闭症和影响大脑的疾病，他说高分辨率成像技术为理解大脑损伤提供了一种新方法
“就功能和结构分析而言，这是一个巨大的突破，”丘拜金说
“我们可以看到大脑更详细的视图，甚至可以用基因工具标记特定的神经元，以便进一步研究
" 该团队与普渡研究基金会技术商业化办公室合作，为这项技术申请专利
该办公室最近搬进了位于探索公园区的创新与合作融合中心，毗邻普渡大学校园
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