KTH皇家理工學(xué)院的研究人員報告說，一種新的熒光顯微鏡技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了世界上第一個完整的活細(xì)胞分子的納米級3D圖像。

 Elucidating the volumetric architecture of organelles and molecules inside cells requires microscopy methods with a sufficiently high spatial resolution in all three dimensions. Current methods are limited by insufficient resolving power along the optical axis, long recording times and photobleaching when applied to live cell imaging. Here, we present a 3D, parallelized, reversible, saturable/switchable optical fluorescence transition (3D pRESOLFT) microscope capable of delivering sub-80-nm 3D resolution in whole living cells. We achieved rapid (1–2?Hz) acquisition of large fields of view (~40?×?40?μm2) by highly parallelized image acquisition with an interference pattern that creates an array of 3D-confined and equally spaced intensity minima. This allowed us to reversibly turn switchable fluorescent proteins to dark states, leading to a targeted 3D confinement of fluorescence. We visualized the 3D organization and dynamics of organelles in living cells and volumetric structural alterations of synapses during plasticity in cultured hippocampal neurons.

KTH的副教授，生命科學(xué)實驗室的研究員Ilaria Testa表示，該技術(shù)能夠精確地產(chǎn)生圖像，而這種精確度迄今為止是電子顯微鏡所獨有的。

與電子顯微鏡相比，KTH技術(shù)被稱為3D pRESOLFT，可以更廣泛地可視化蛋白質(zhì)。而且可以做到這一點而又不會殺死細(xì)胞并進(jìn)行切片-電子顯微鏡的兩個必要步驟。

將這項技術(shù)開發(fā)為研究神經(jīng)元蛋白質(zhì)的定位和功能的一部分，特別是在突觸和軸突中，運輸細(xì)胞器和蛋白質(zhì)復(fù)合物非常擁擠，需要對其進(jìn)行高分辨率可視化以進(jìn)行檢查。

Ilaria說：“在這里，我們不需要這樣做。細(xì)胞正在快樂地移動并正在發(fā)揮重要的功能?！?/span>

在常規(guī)的熒光顯微鏡中，可見光用于照射用熒光染料著色的細(xì)胞和組織-但該方法僅限于通常以低分辨率創(chuàng)建2D圖像。

3D pRESOLFT通過使用涉及可切換熒光染料的干涉圖案的組合對技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，這些干涉圖案可以像電燈開關(guān)一樣打開和關(guān)閉，同時記錄了大量的并行圖像。樣品總體上暴露于較少的光線下，以防止樣品褪色。

由于光線柔和，我們可以觀察活細(xì)胞，但精度更高，即可以縮小到50海里，比人的頭發(fā)小2萬倍。能夠以這種精確度查看3D活細(xì)胞的能力使得研究蛋白質(zhì)如何參與重要但尚未了解的生理過程成為可能。

我們現(xiàn)在可以看到腦細(xì)胞的3D結(jié)構(gòu)，并檢查我們認(rèn)為對學(xué)習(xí)和記憶形成重要的分子-并了解它們在受到某些刺激時如何改變位置和形狀?！?/span>

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-020-00779-2