陳根：新3D“超分辨率”成像技術，揭示小鼠大腦微小結構_風聞

文/陳根

電子顯微技術在診療和治療上都發揮着重要作用。現在，耶魯大學醫學院的研究人員就稱，他們開發了一種3D-2PE-STED系統，可可在活老鼠的大腦內拍攝“超分辨率”的3D圖像。這種方法非常精確，以至於研究小組能夠對神經元分支上的小樹枝進行成像並觀察它們在幾天內的變化情況。

**在光學學會（OSA）的研究雜誌Optica上，研究人員描述了他們如何使用新的STED顯微鏡，以超分辨率成像活體老鼠大腦深處樹突棘的3D結構。**樹突棘是神經元樹突分支上的微小突起，接收鄰近神經元的突觸輸入。它們在神經元活動中起着至關重要的作用。

研究人員表示，他們的顯微鏡是世界上第一台在活體動物體內實現三維超分辨率的儀器，這種深部組織成像技術的進步將使研究人員能夠直接直觀地觀察其原生組織環境中的亞細胞結構和動力學。因此，以這種方式研究細胞行為的能力對於全面瞭解生物醫學研究以及藥物開發的生物學現象至關重要。

而傳統的STED顯微鏡最常用於培養細胞標本的成像。利用這項技術對厚組織或活體動物進行成像具有很大的挑戰性，特別是當超分辨技術的優勢擴展到三維立體成像時。這種侷限性是因為厚而光學緻密的組織阻止了光的深度穿透和正確聚焦，從而削弱了STED顯微鏡的超分辨率能力。

為了克服這一挑戰，研究人員將STED顯微鏡與雙光子激發（2PE）和自適應光學相結合。其中，2PE可以通過使用近紅外波長而不是可見光在組織中進行更深層次的成像——紅外光不易被散射，因此能更好地深入組織。

研究人員還在他們的系統中加入了自適應光學。自適應光學的使用糾正了光的形狀的扭曲。並且，在成像過程中，自適應元件以與標本中的組織完全相反的方式修改光波前。因此，自適應元件的像差抵消了組織的像差，創造了理想的成像條件，使STED的超分辨率能力能夠在所有三維空間中恢復。

事實上，樹突棘非常小，如果沒有超分辨率，很難將其精確的3D形狀可視化，更不用説隨着時間的推移這種形狀會發生任何變化。而3D-2PE-STED提供了觀察這些變化的手段，不僅在大腦的表層，而且在大腦的深層，這也將揭示更多從前人們所不知道的聯繫，為診療和治療提供幫助。