一种新型活细胞超分辨率显微技术

SIMBA对于固定细胞actin和活细胞CLC重构结果展示

2016年12月31日，中国科学院生物物理研究所徐平勇课题组、中国科学院计算技术研究所张法课题组以及美国科学院院士HHMI研究员Jennifer Lippincott-Schwartz合作在《细胞研究》（Cell Research）在线发表了题为Live-cell single molecule-guided Bayesian localization super-resolution microscopy 的文章，介绍了一种新型活细胞超分辨率显微技术及其独特优势。

超分辨率荧光显微技术由于打破了传统光学衍射的限制，使得人们能够更深入地理解细胞生物学，获得了2014年诺贝尔化学奖。但是由于设备和时空分辨率的影响，活细胞超分辨率技术仍面临诸多挑战。近年来，贝叶斯定位显微技术(Bayesian analysis of the blinking and bleaching，3B)利用荧光蛋白漂白和闪烁的特性，通过分析整个图像序列的变化得到荧光蛋白的概率分布图，该方法用简单的光学设备就能实现活细胞动态结构的超分辨率成像，成为活细胞超分辨率成像的重要工具之一。作为细胞成像新的重要工具，它仍然有三个关键的问题没有解决：1）在精度方面，存在严重的结构缺失，定位精度不高；2）在速度方面，该方法极其耗时，为了得到1.5μm的超分辨率结构，大约需要6小时，并且随着图像尺寸的增加，计算时间急剧增长；3）在分析尺度方面，由于速度的限制，该方法很难获得全细胞大尺度长时间的动态变化。针对以上问题，实验人员通过将单分子定位和贝叶斯技术相结合，开发了一种新型活细胞超分辨率显微技术（single molecule guided Bayesian localization microscopy，SIMBA），该技术有以下优点：1）适用范围广，不需要任何额外的硬件设备，就能与主流TIRFM、PALM、STROM和light-sheet显微镜相结合，便于推广和使用；2）时空分辨率高，减少了结构伪迹的同时实现了50nm的空间分辨率和0.5-2s的时间分辨率；3）运行速度快，相比3B，加速比超过100倍，并且随着图像尺度的增大，加速效果更加明显；4）分析尺度大，实现了全细胞大尺度长时间动态变化分析。