來自喬治亞理工學(xué)院和加州大學(xué)舊金山分校的研究人員近日開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù),可大大提高科學(xué)家們獲得運(yùn)動中的單細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰圖譜的能力.利用壓縮傳感鑒別分子,這項(xiàng)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.
朱磊和黃波表示新研究成果具有極其重要的意義,因?yàn)樾录夹g(shù)使得研究人員能夠以3秒的時間分辨率追蹤微管骨架的動態(tài),從而能夠?qū)?xì)胞內(nèi)小囊泡和其他貨物的主動運(yùn)輸開展研究.
使用與常規(guī)光學(xué)顯微鏡相同的光學(xué)系統(tǒng)和探測器,超分辨率顯微鏡自然需要更長的采集時間獲取更多的空間信息,導(dǎo)致了空間分辨率和時間分辨率之間的權(quán)衡.在基于STORM/PALM的超分辨率顯微鏡技術(shù)中,每一個照相機(jī)成像都是從樣品中非常稀疏的探針分子團(tuán)中取樣.另一種解決的方法就是提高激活熒光基團(tuán)的密度從而確保每個相機(jī)像幀能夠獲取更多的分子.然而這種高密度的熒光點(diǎn)會導(dǎo)致它們重疊,從而使得這種單分子定位技術(shù)無法廣泛應(yīng)用.
作者們說近期有大量的技術(shù)被報道可有效獲取單分子位置甚至當(dāng)單熒光基團(tuán)信號重疊時.這些方法是基于重疊點(diǎn)的適當(dāng)聚集,用Zui大可能性估計或貝葉斯統(tǒng)計(Bayesian statistics)擴(kuò)散方程(PSFs) 可變數(shù)量點(diǎn).
在新研究中,朱磊和黃波提出了一種基于全局優(yōu)化的新方法,采用壓縮傳感,無需估計和推斷成像中的分子數(shù)量.他們證實(shí)相比于其他的技術(shù),壓縮傳感能夠兼容更高的分子密度,以三秒的時間分辨率顯示活細(xì)胞熒光蛋白標(biāo)記微管成像.
研究人員利用STORM對黑腹果蠅S2細(xì)胞中免疫熒光染色的微管成像,利用少至100個照相機(jī)像幀通過壓縮傳感解析了鄰近微管,而單分子擬合方法則無法辨別這些結(jié)構(gòu).他們對穩(wěn)定表達(dá)融合mEos2的tubulin的S2細(xì)胞進(jìn)行了活細(xì)胞STROM觀測.
以常用相機(jī)像幀56.4 Hertz速率,超分辨率影像以3秒(169個像幀)的時間分辨率,60 納米Nyquist分辨率構(gòu)成,比以前報道的要快得多.這些結(jié)果證實(shí)了壓縮傳感可使得STORM以秒水平,如果能夠使用更快速的照相機(jī)甚至可以子秒水平的時間分辨率來監(jiān)控活細(xì)胞過程.
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