古語(yǔ)云，三個(gè)臭皮匠勝過(guò)一個(gè)諸葛亮。有時(shí)，巧妙組合的兩種儀器也能完成單靠一種儀器無(wú)法實(shí)現的壯舉。

這種情況出現在瑪麗娜生物實(shí)驗室（MBL）研發(fā)的一款混合顯微鏡上。該顯微鏡首次使科學(xué)家能夠同時(shí)成像一組分子的完整3D取向和位置，例如細胞內標記的蛋白質(zhì)。相關(guān)研究最近發(fā)表于《PNAS》。

這款顯微鏡結合了偏振熒光技術(shù)（用于測量分子取向的寶貴工具）和雙視角光片顯微鏡（diSPIM），后者擅長(cháng)沿樣本深度（軸向）進(jìn)行成像，且具有強大的應用潛力。例如，蛋白質(zhì)的3D取向通常會(huì )根據環(huán)境變化，從而與其他分子相互作用，完成其功能。

“通過(guò)這個(gè)儀器，可以記錄3D蛋白質(zhì)取向的變化，”來(lái)自舊金山CZ生物中心的首席作者Talon Chandler表示。他是在芝加哥大學(xué)攻讀研究生期間進(jìn)行這一研究的，部分工作在MBL完成。他指出，“僅僅通過(guò)分子位置的變化，可能會(huì )錯過(guò)一些真正的生物信息。”

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1061613

圖片信息：偏振 diSPIM 顯微鏡，可以對細胞中分子的完整 3D 方向和位置進(jìn)行成像。該儀器是在伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗室構思后，在國家生物醫學(xué)成像和生物工程研究所 （NIBIB） 的 Hari Shroff 實(shí)驗室建造的。用于偏振照明的液晶以綠色圓圈顯示。diSPIM 的雙視圖路徑在樣品上以直角相交。

在分裂細胞的紡錘體中成像分子——這是MBL及其他機構面臨的長(cháng)期挑戰——就是一個(gè)例子。“使用傳統顯微鏡，包括偏振光顯微鏡，如果紡錘體位于垂直于觀(guān)察方向的平面內，可以很好地研究它。然而，一旦平面傾斜，結果就會(huì )變得模糊，”MBL的高級科學(xué)家Rudolf Oldenbourg表示。“這一新儀器允許我們‘糾正’傾斜，同時(shí)捕捉到紡錘體分子（微管）的3D取向和位置。”

研究團隊希望能夠使該系統更快，以觀(guān)察活樣本中結構的位置和取向如何隨時(shí)間變化。他們也希望未來(lái)熒光探針的發(fā)展能夠使研究人員使用這一系統成像更多種類(lèi)的生物結構。

創(chuàng )意的匯聚

該顯微鏡的概念是在2016年通過(guò)在MBL上遇到的顯微鏡的創(chuàng )新者集思廣益的。當時(shí)在國立衛生研究院（NIH）工作的Hari Shroff（作為MBL Whitman的研究員）正在使用他定制設計的diSPIM顯微鏡，并與現任MBL的Abhishek Kumar合作，建造了這一顯微鏡。

diSPIM顯微鏡設有兩個(gè)成像路徑，呈直角相交在樣本上，使研究人員能夠從兩個(gè)視角照亮和成像樣本。這種雙視角能夠彌補單一視角的深度分辨率不足，并能更好地控制光的偏振。

在交流中，Shroff和Oldenbourg意識到，這種雙視角顯微鏡也可以解決偏振光顯微鏡的一個(gè)局限性，即沿光傳播方向有效照亮樣本的難題。

“如果我們有兩個(gè)正交視圖，我們可以更加有效地感知沿該方向的偏振熒光，”Shroff說(shuō)。“我們想，為什么不利用diSPIM進(jìn)行一些偏振熒光測量呢？”

Shroff還與MBL的Patrick LaRivière教授合作，后者的實(shí)驗室專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)計算成像系統的算法。LaRivière實(shí)驗室有一位新研究生TalonTalon Chandler，他被帶到MBL。將這兩種系統結合的挑戰成為了Chandler的博士論文，他在MBL的Oldenbourg實(shí)驗室工作了一年。

這個(gè)團隊的早期成員還包括當時(shí)在MBL的Shalin Mehta。團隊為diSPIM顯微鏡配備了液晶，以便改變輸入光的偏振方向。

“然后，我花了很長(cháng)時(shí)間思考，這種重建將是什么樣子？我們能夠從開(kāi)始收集的數據中恢復出多少信息？” Chandler說(shuō)。合著(zhù)者M(jìn)in Guo當時(shí)在Shroff之前的實(shí)驗室工作，也為這一方面做了大量的努力，直到他們實(shí)現了分子取向和位置的完整3D重建。

“在我們合作的過(guò)程中，MBL、芝加哥大學(xué)和NIH之間進(jìn)行了大量的交流，” Chandler表示。

雜志：Proceedings of the National Academy of Sciences

DOI：10.1073/pnas.2406679122