深圳子科生物報(bào)道:來自北京大學(xué)膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華中科技大學(xué)的研究人員發(fā)表了題為“Fast, long-term, super-resolution imaging with Hessian structured illumination microscopy”的文章，發(fā)明了一種超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡：海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡（Hessian SIM)。這種顯微鏡空間分辨率可以達(dá)到85納米，能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu)，而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個(gè)數(shù)量級(jí)。

這一研究成果公布在4月11日的Nature Biotechnology雜志上，文章通訊作者為北京大學(xué)陳良怡，和華中科技大學(xué)譚山。第一作者為北京大學(xué)黃小帥、華中科技大學(xué)范駿超和北京大學(xué)李柳菊。

超分辨率成像就已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的一種主要技術(shù)，增進(jìn)科學(xué)家們對(duì)大分子復(fù)合物組織的理解。早在1873年，物理學(xué)家Ernst Abbe就提出光學(xué)顯微鏡的分辨率限制在光的波長的一半，大約是200納米。這限制了顯微成像的發(fā)展，此后諾獎(jiǎng)得主Stefan Hell第一次證實(shí)這種限制能夠被STED顯微鏡克服，近幾十年來，顯微技術(shù)的分辨率一直在提升。

最新海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡的空間分辨率可以達(dá)到85納米，能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu)，而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個(gè)數(shù)量級(jí)。由于極低的光漂白以及光毒性，實(shí)現(xiàn)了100 Hz超高分辨率成像下連續(xù)采樣10分鐘得到18萬張超高分辨率圖像，或者是在1 Hz超高分辨率成像下連續(xù)1小時(shí)超高分辨率成像基本無光漂白。

與獲得2014年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)的受激輻射損耗超高分辨率顯微鏡（STED）相比，海森結(jié)構(gòu)光顯微成像以極高的時(shí)間分辨率、極低的光毒性在活細(xì)胞超高分辨率成像方面占顯著優(yōu)勢(shì)。

例如，在觀察細(xì)胞內(nèi)囊泡與細(xì)胞質(zhì)膜融合釋放神經(jīng)遞質(zhì)和激素過程中，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡與STED顯微鏡（分辨率60納米，每秒5幅左右；巫凌鋼實(shí)驗(yàn)室2018年3月Cell上線的文章）都可以觀察到囊泡融合形成的孔道；但是，海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡還解析出囊泡融合時(shí)四個(gè)不同中間態(tài)，包括囊泡打開3納米小孔、囊泡塌陷、融合孔道維持和最后的囊泡與細(xì)胞質(zhì)膜完全融合的過程，真正可視化膜孔道形成的全過程。

此外，應(yīng)用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡，我們也實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞“能量工廠”線粒體的超快超分辨成像，首次在活細(xì)胞中解析線粒體融合、分裂時(shí)內(nèi)嵴的活動(dòng)，以及線粒體內(nèi)嵴自身的重組裝過程，也能夠觀察活細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體發(fā)生相互作用時(shí)的動(dòng)態(tài)變化（圖2）。這是之前領(lǐng)域內(nèi)無論是使用STED還是PALM/STORM超分辨率顯微鏡都無法觀察到的現(xiàn)象，也凸顯出超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡對(duì)于觀察光毒性敏感的細(xì)胞器如線粒體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。