火眼金睛！清華大學團隊研發新型超級顯微鏡
人民日報記者 吳月
記者從清華大學獲悉：9月13日，清華大學自動化系教授、中國工程院院士戴瓊海團隊在國際頂尖期刊《細胞》（Cell）發表最新工作，宣布新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D問世。
該儀器具有跨空間和時間的多尺度成像能力，填補了當前國際范圍內對哺乳動物介觀尺度活體三維觀測的空白，為揭示神經、腫瘤、免疫新現象和新機理提供了新的“殺手锏”，使我國生命科學家、醫學家能夠率先使用我國自主高端儀器設備來解決重大基礎研究問題。
研究團隊介紹，在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時，該儀器能以20Hz的高速三維成像速度實現長達數十小時的連續低光毒性觀測。相比當前市場上最先進的商業化熒光顯微鏡，該儀器在同樣分辨率下的成像視場面積提升近百倍，三維成像速度提升數十倍，有效觀測時長提升上百倍。這一前所未有的跨空間和時間的多尺度成像能力，為復雜生物過程研究提供了全新視角。區別于傳統光學顯微鏡聚焦于單個細胞內的物質交互過程，該儀器使得研究人員可以首次以全景方式動態觀測哺乳動物器官尺度細胞精度的組織異質性，在活體組織中原位研究大規模多樣化細胞在完整生理與病理過程中的動態交互行為。
目前，研究團隊利用RUSH3D系統在腦科學、免疫學、醫學與藥學等多學科產出一系列成果。例如，首次在活體小鼠上以單細胞分辨率實現了覆蓋大腦皮層2/3層的高速長時程三維觀測，捕捉了多感官刺激下皮層各腦區的各異性響應模式，能夠連續多天以單神經元精度追蹤大規模神經響應；首次觀測到急性腦損傷后多腦區的免疫反應，發現大量中性粒細胞從非血管區域往腦內的遷移與回流過程；首次在小鼠免疫反應過程中同時觀測到了淋巴結內多個生發中心的形成過程，以及T細胞在不同生發中心之間的遷移現象。
“這些初步實驗僅是RUSH3D應用的冰山一角，展示了其為神經科學、免疫學、腫瘤學、藥學等領域前沿研究所帶來的廣闊應用前景。”研究團隊負責人表示，該儀器的研制與產業化填補了對復雜生命現象介觀尺度活體觀測的空白，標志著我國在活體介觀顯微成像領域持續引領國際發展，極大提升了我國高端科研儀器的研究和應用水平，為人類探索生命奧秘打開了新的維度。
成果的取得，離不開“十年磨一劍”的努力。
記者獲悉，戴瓊海團隊自2013年起率先開展介觀活體顯微成像領域研究，2018年成功研制出當時全球視場最大、數據通量最高的顯微儀器——高分辨光場智能成像顯微儀器RUSH。
此后6年間，戴瓊海院士帶領成像與智能技術實驗室，瞄準活體介觀顯微成像高峰，持續攻關國際前沿難題，先后提出掃描光場成像原理、數字自適應光學架構、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場架構、自監督去噪算法等關鍵理論與技術，逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘，為新一代介觀活體顯微儀器奠定了基礎。
目前，在成果轉化方面，團隊系列研究成果已支撐多家國內高水平科研機構在腫瘤學、免疫學、腦科學等不同領域開展了20余項創新性生命科學研究，服務于生物制藥領域。
（圖源：清華大學微信公號）
