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活细胞超灵敏结构光超高分辨率显微镜

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【作者】 黄小帅李柳菊范俊超刘彦梅谭山陈良怡

【Author】 Huang Xiaoshuai;Li Liuju;Fan Juanchao;Liu Yanmei;Tan Shan;Chen Liangyi;State Key Laboratory of Membrane Biology,Beijing Key Laboratory of Cardiometabolic Molecular Medicine,Institute of Molecular Medicine,Peking University;Key Laboratory of Image Processing and Intelligent Control of Ministry of Education of China,School of Automation,Huazhong University of Science and Technology;

【机构】 膜生物学国家重点实验室北京大学分子医学研究所教育部图像处理和智能控制实验室华中科技大学自动化学院

【摘要】 由于超分辨率显微镜需要额外的照明来换取更高的空间分辨率,导致了现在的超分辨率显微镜存在时间分辨率低和记录时间短两个问题。虽然结构光照明显微镜在获得超分辨率图像和所需要光子数方面有一个更好的平衡,相比其他超分辨率技术更有优势,但是传统的结构光照明显微镜的重构方式在信噪比比较低的时候会明显存在伪影。在本文中,我们利用生物样本在xyt三维空间的连续性作为先验知识,发展出了基于海森范数的正则化方式,并用来重构出伪影更少的结构光照明显微镜的超分辨率图像。与维纳反卷积这个经典的重构算法相比,海森反卷积只需要在成像时百分之十的光子数就可以达到同样的超分辨图像的重建效果。在激光强度为8—250W/cm2的情况下,海森结构光照明显微镜在活细胞中对快速分泌的囊泡、内质网等进行空间分辨率达到88nm,时间分辨率达到188Hz的超分辨率图像重建。全新的时间分辨率和空间分辨率使得我们可以在囊泡分泌过程中观测到新的中间态,观察到了囊泡靠近细胞膜的过程,以及之后的分泌小孔进一步扩大的过程这两个囊泡分泌过程中中间状态。使用基于海森正则项的结构光照明显微镜,我们可以在活细胞中观测到清晰的线粒体嵴。以及嵴结构在线粒体融合,线粒体分裂过程中的动态活动,甚至是单个没有发生融合或者分裂的线粒体内的嵴的融合的过程。

【基金】 国家自然科学基金委项目(项目批准号:31327901,31521062,31570839,31428004,61375018,61672253,91750203);国家重点研发计划基金(批准号:2016YFA0500400);国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB531200);北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金项目(批准号:L172003)资助
【所属期刊栏目】 研究进展 (2018年04期)
  • 【DOI】10.16262/j.cnki.1000-8217.2018.04.005
  • 【分类号】TP391.41
  • 【下载频次】246
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