摘要：作為第一位獲美國(guó)麥克阿瑟基金會(huì)“天才獎(jiǎng)”的華人女科學(xué)家，莊小威教授獲得了許多重要成果，尤其是在生物物理顯微成像領(lǐng)域，近期莊小威教授發(fā)表了題為“Fast， three-dimensional super-resolution imaging of live cells”，介紹了其研究組超分辨率細(xì)胞成像最新進(jìn)展：活細(xì)胞超分辨率熒光成像，這一研究成果公布在《Nature Methods》在線版上。

    傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡受限于光的波長(zhǎng)，對(duì)于200nm以下的小東西只能搖頭興嘆。雖然電子顯微鏡可以達(dá)到納米級(jí)的分辨率，但通電的結(jié)果容易造成樣品的破壞，因此能觀測(cè)的樣本也相當(dāng)有限。分子生物學(xué)家雖然可以做到把若干想觀察的蛋白質(zhì)貼上熒光卷標(biāo)，但這些蛋白質(zhì)還是經(jīng)常擠在一塊，在顯微鏡下分不出誰(shuí)是誰(shuí)。

    這幾年高分辨率熒光顯微鏡跨越了一大步，使得研究者可以從納米級(jí)觀測(cè)細(xì)胞突起的伸展，從而宣告200—750納米大小范圍的模糊團(tuán)塊的時(shí)代結(jié)束了。比如利用光敏定位顯微鏡：PALM可以用來(lái)觀察納米級(jí)生物，相較于電子顯微鏡有更清晰的對(duì)比度，如果給不同蛋白接上不同的熒光標(biāo)記，就能用來(lái)進(jìn)一步研究蛋白質(zhì)間的相互作用。

    莊小威研究組一直在研究如何用光敏開(kāi)關(guān)探針來(lái)實(shí)現(xiàn)單分子發(fā)光技術(shù)。他們希望能用光敏開(kāi)關(guān)將原本重疊在一起的幾個(gè)分子圖像暫時(shí)分開(kāi)，這樣就能獲得單分子圖像，從而提高分辨率。

    2004年莊小威研究組偶然發(fā)現(xiàn)某種花青染料具有光控開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)，通過(guò)使用不同顏色的光，可以隨意地把它們激活成熒光狀態(tài)和失活成黑暗狀態(tài)。自此莊小威生開(kāi)始研究這些光控探針，用它們來(lái)短暫地分離個(gè)體分子在空間上的重疊影像從而提高分辨率。

    之后這一研究組在Nature Methods雜志上發(fā)表，命名了一種隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（stochastic optical reconstruction microscopy， STORM）。使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體分子。這一方法基于光子可控開(kāi)關(guān)的熒光探針和質(zhì)心定位原理，在雙激光激發(fā)下熒光探針隨機(jī)發(fā)光，通過(guò)分子定位和分子位置重疊重構(gòu)形成超高分辨率的圖像，其空間分辨率目前可達(dá)20nm.

    STORM雖然可以提供更高的空間分辨率，但成像時(shí)間往往需要幾分鐘，而且還不能滿足活體實(shí)時(shí)可視的成像的需要�；罴�(xì)胞成像十分重要，但是要在不影響細(xì)胞正常生命活動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)高分辨率成像并不容易。莊小威研究組在這篇文章中報(bào)道了通過(guò)帶有高時(shí)空分辨率的STORM，獲得活細(xì)胞超高分辨率熒光成像的研究成果。

    研究人員直接或間接（通過(guò)SNAP）用光敏開(kāi)關(guān)染料標(biāo)記蛋白，從而獲得二維，和三維的活細(xì)胞超高分辨率成像，這些成像成果將有利于進(jìn)一步分析研究活體細(xì)胞內(nèi)部活動(dòng)，而且這一方法也為科學(xué)家們分析活細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)打開(kāi)了一扇窗。