推薦一篇發(fā)表在Science上的文章，其標(biāo)題為“Mesoscale volumetric fluorescence imaging at nanoscale resolution by photochemical sectioning”。本文通訊作者是來自美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校化學(xué)系Ruixuan Gao教授，以及美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系的Srigokul Upadhyayula教授。本文中，作者整合有機(jī)合成技術(shù)與膨脹顯微鏡熒光成像策略，成功實(shí)現(xiàn)了組織完整且高分辨的成像與三維重建。
水凝膠組織透明化技術(shù)與膨脹顯微鏡的興起，使常規(guī)熒光顯微鏡具備了“以物理放大換取光學(xué)分辨”的能力。然而，對(duì)于相對(duì)較大較厚的完整組織樣品來說，如果研究者需要維持成像的高分辨率，那么就無法對(duì)深層區(qū)域的信號(hào)進(jìn)行采集。如果為了對(duì)深層信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，則需要更換為長(zhǎng)工作距離的物鏡，而最終導(dǎo)致分辨率的顯著損失。此前的研究者通過機(jī)械切割等策略，確實(shí)能夠?qū)ι顚訕悠穼?shí)現(xiàn)高分辨的成像，但機(jī)械切割導(dǎo)致的撕裂、翹曲與丟片都會(huì)極大的影響成像的質(zhì)量。
為了解決這一問題，本文中，團(tuán)隊(duì)試圖開發(fā)一種非接觸、空間可控的高分辨成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較大體積樣品的高分辨成像與重構(gòu)。研究者以水凝膠常用的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸鈉網(wǎng)絡(luò)為基底，使用含有鄰硝基芐酯光斷裂基團(tuán)的交聯(lián)劑替換掉雙丙烯酰胺基團(tuán)，由此構(gòu)建出理論可光降解的水凝膠。結(jié)果顯示，新型水凝膠可在365 nm或者405 nm光的照射下，快速?gòu)氐捉到鉃榱鲃?dòng)相，且較小的整體膨脹誤差使其滿足納米級(jí)測(cè)量的需求。
隨后，根據(jù)樣品特性與整體實(shí)驗(yàn)流程，研究者選擇使用晶格層光顯微鏡，并集成了一路平行于成像面的405 nm高斯光片。由此，他們實(shí)現(xiàn)了在每輪有效成像之后，對(duì)樣品進(jìn)行平整、快速、可控的“光剝離”。后續(xù)結(jié)合PetaKit5D算法，對(duì)成像子體積進(jìn)行去卷積、配準(zhǔn)和拼接處理，他們最終獲得了組織的高分辨成像結(jié)果。
基于此，研究者將這項(xiàng)技術(shù)命名為通過光化學(xué)切片的體積成像策略（VIPS），并將其應(yīng)用于小鼠完整嗅球的介觀尺度三維納米級(jí)分辨率成像。在算法的支持下，他們對(duì)連續(xù)體積數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，對(duì)有髓與無髓軸突進(jìn)行重構(gòu)，并量化了整個(gè)嗅球區(qū)域的軸突密度、神經(jīng)束走形及髓鞘分布模式。全嗅球尺度分析揭示了小范圍成像無法檢測(cè)的解剖異質(zhì)性，包括神經(jīng)退行性病變嗅球中軸突的向心性退化模式，具有重要的意義。
綜上，本文中，作者通過結(jié)合有機(jī)化學(xué)策略與高分辨光線成像技術(shù)，成功設(shè)計(jì)并開發(fā)了一項(xiàng)基于空間精確樣本切片的光化學(xué)策略的高分辨成像技術(shù)，使疾病與健康的整器官層面的定量與定性比較成為了可能。
本文作者：KLH
責(zé)任編輯：LZ
DOI：10.1126/science.adr9109
原文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adr9109
