2010年度技术之新型生物成像技术

　　

生物通报道：时近岁末，各大杂志接连进行了年终盘点，近期出版的《Nature》杂志也对2010年进行了回顾： 2010 Review of the Year，评点了2010年的科技进展，科技政策以及重要人物。其中《Nature Methods》也盘点了年度技术，选出了2010年最受关注的技术成果：光遗传学（optogenetic）工具。

除了光遗传学技术以外，《Nature Methods》也整理出了2010年最值得关注的几项技术，分别为：锌指核酸酶技术、定向蛋白质组学技术（Targeted proteomics）、测序技术（Torrents of sequence）、单分子结构分析技术（Single-molecule structure determination）、新型生物成像技术（Adaptive optics for biological imaging）、联合疾病分析技术（Networking to understand disease）和三维超高分辨率显微技术。

其中在生物成像方面，重点提到了自适应光学（Adaptive Optics）技术的生物成像新进展，所谓自适应光学技术是指一种用于大反射望远镜的镜面的一种补偿系统，可以通过快速反应的的支撑系统使镜面发生形变来补偿大气抖动引起的星象闪烁。这一概念来自天文学，在20世纪50年代提出来的，在生物学领域的应用则是近些年。

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。

近期双光子显微镜的出现让大脑成像系统有了进一步的发展，双光子显微镜可探测至大脑内部1毫米的深度，这超过普通光学显微镜的十倍。而利用荧光传感器探测神经元活动则使数据更加稳定可靠。这些新技术与制备工艺的完美结合为人类研究大鼠和小鼠的大脑提供了物理的和光学的方法，从而使活体动物完整大脑组织的神经信号传递的可视性得以实现。

早期的研究只能对麻醉小鼠的大脑进行研究，但现在研究人员已经可以利用聚苯乙烯泡沫塑料球（Styrofoam balls）模拟现实环境，使用双光子显微镜探测神经元活动的信号，从而实现了对天然大脑的成像分析。微型双光子显微镜可以安置在活体动物身上，但不会影响动物的自由活动，并可随时随地采集信号。光导纤维显微镜可以在自由活动小鼠的头颅薄弱区采取更深部位的脑组织的信号。

另外在肿瘤组织成像方面，来自美国的科学家们利用一种称为非线性干涉成像技术（NIVI）的新型显微检测技术对大鼠乳腺癌细胞和组织进行扫描在不到五分钟的时间内生成了易读的彩色编码组织图像，图像中肿瘤边界清晰，准确率高达99%。

目前的主要诊断方法大多都基于对细胞形状和结构进行视觉图像分析，因而带有很大的主观性，且获取诊断结果的周期时间较长。首先必须从患者体内获取小量的可疑组织样本，然后对细胞进行染色。病理学家再通过在显微镜下观察样本而确定细胞是否存在异常，此外通常还需要咨询其他的病理学家再次确定诊断结论。

而新型非线性干涉成像技术并非将焦点放在细胞和组织的结构上，而是基于分子组成构建和分析图像。正常细胞包含高浓度的脂质，但癌细胞通常会生成更多的蛋白质。通过鉴别包含异常高浓度蛋白的细胞，研究人员能够准确地区分肿瘤及健康组织，而无需再对细胞进行染色。

（生物通：万纹）