SIMBA對(duì)于固定細(xì)胞actin和活細(xì)胞CLC重構(gòu)結(jié)果展示

2016年12月31日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐平勇課題組、中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所張法課題組以及美國(guó)科學(xué)院院士HHMI研究員Jennifer Lippincott-Schwartz合作在《細(xì)胞研究》（Cell Research）在線發(fā)表了題為L(zhǎng)ive-cell single molecule-guided Bayesian localization super-resolution microscopy 的文章，介紹了一種新型活細(xì)胞超分辨率顯微技術(shù)及其*優(yōu)勢(shì)。

超分辨率熒光顯微技術(shù)由于打破了傳統(tǒng)光學(xué)衍射的限制，使得人們能夠更深入地理解細(xì)胞生物學(xué)，獲得了2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但是由于設(shè)備和時(shí)空分辨率的影響，活細(xì)胞超分辨率技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。近年來(lái)，貝葉斯定位顯微技術(shù)(Bayesian analysis of the blinking and bleaching，3B)利用熒光蛋白漂白和閃爍的特性，通過(guò)分析整個(gè)圖像序列的變化得到熒光蛋白的概率分布圖，該方法用簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的超分辨率成像，成為活細(xì)胞超分辨率成像的重要工具之一。作為細(xì)胞成像新的重要工具，它仍然有三個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題沒(méi)有解決：1）在精度方面，存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)缺失，定位精度不高；2）在速度方面，該方法極其耗時(shí)，為了得到1.5μm的超分辨率結(jié)構(gòu)，大約需要6小時(shí)，并且隨著圖像尺寸的增加，計(jì)算時(shí)間急劇增長(zhǎng)；3）在分析尺度方面，由于速度的限制，該方法很難獲得全細(xì)胞大尺度長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。針對(duì)以上問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)將單分子定位和貝葉斯技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種新型活細(xì)胞超分辨率顯微技術(shù)（single molecule guided Bayesian localization microscopy，SIMBA），該技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）適用范圍廣，不需要任何額外的硬件設(shè)備，就能與主流TIRFM、PALM、STROM和light-sheet顯微鏡相結(jié)合，便于推廣和使用；2）時(shí)空分辨率高，減少了結(jié)構(gòu)偽跡的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了50nm的空間分辨率和0.5-2s的時(shí)間分辨率；3）運(yùn)行速度快，相比3B，加速比超過(guò)100倍，并且隨著圖像尺度的增大，加*果更加明顯；4）分析尺度大，實(shí)現(xiàn)了全細(xì)胞大尺度長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)變化分析。

活細(xì)胞超分辨率顯微技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新型活細(xì)胞超分辨率成像探針和新方法是中科院生物物理所徐平勇課題組的重要研究方向。徐平勇、張法、Jennifer Lippincott-Schwartz為本文的通訊作者；徐帆、張名姝為共同*作者。該工作受到國(guó)家“973”計(jì)劃 、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中科院基金先導(dǎo)項(xiàng)目等的資助，并申請(qǐng)“一種貝葉斯顯微成像方法”。