《细胞》前沿技术：活体成像

目前生物成像领域已经可以采用各种显微技术和共聚焦等技术了，这提高了图像的精确度，但是要观察的深层组织活动，因此在一些活体成像，组织深部观察等方面还需要更多的技术进步。近期Cell杂志以“Review Focus: Imaging”为中心，介绍了生物成像研究方面的最新进展，其中特别提及了活体荧光显微技术今年来的新成果，认为这项技术崭露曙光，在细胞生物学，神经科学，肿瘤生物学等多方面发挥作用。

活体动物成像技术主要包括体内成像和体外成像两个方面，其中体外荧光显微技术一直以来都是现代生命科学研究的基础之一：给荧光基团配上一个合适的配体，比如抗体或者量子点，然后将其与组织样品或者细胞培养物一起温育，最后加上光照，这样标记的分子就能通过显微镜显示出来。但是体外方法有一个“致命伤”——不能在天然环境下描绘生物过程，因此研究人员逐渐从体外观测转向对体内生物体过程的研究。

但是随着科学的进步，想要以足够观察到细胞行为和分子信号的分辨率，来分析活体生物依然是个难题，今年来自哈佛大学的一位华裔科学家在超分辨率细胞成像研究方面取得了重要进展：他们推出了活细胞超分辨率荧光成像技术，这一技术基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理，在双激光激发下荧光探针随机发光，通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像，其空间分辨率目前可达20nm。

利用这种他们命名为随机光学重建显微镜STORM的显微成像技术，研究人员实现了之前无法完成的任务——STORM虽然可以提供更高的空间分辨率，但成像时间往往需要几分钟，而且还不能满足活体实时可视的成像需要。活细胞成像十分重要，但是要在不影响细胞正常生命活动的前提下实现高分辨率成像并不容易。最新研究通过带有高时空分辨率的STORM，获得活细胞超高分辨率荧光成像的研究成果。

之后来自哥伦比亚大学等处的研究人员又介绍了一种叫做双光子钙成像的新技术，利用这种技术，研究人员可以对小鼠脑岛中的味觉脑皮层进行了检测。由于当神经细胞被激活时，细胞中就会产生钙波。研究人员可根据细胞内的钙水平来判断神经元的激活状态。还有研究人员将这一技术与全细胞记录方法结合起来，通过计算机系统模拟大脑，了解大脑神经元之间的连接。

除了这些方面，科学家还利用荧光成像技术追踪基因表达和蛋白质动态，检测细胞内离子和小分子浓度、酶活性，标记细胞或分子亚群，实现复杂的动力学时空分析。

来自美国威尔康乃尔医学院的研究人员利用一种“Spinach”的RNA-荧光基团复合物成像观察细胞内各种RNA的功能动态，这有助于更深入地了解细胞中的RNA运输机制，以及它们在疾病中的情况。作者表示，目前在生物学中还存在大量围绕RNA的谜题……研究证实荧光标记成像技术是一种非常强大的研究工具。