Nature methods:单细胞追踪新技术[创新技巧]

【字体: 时间:2012年06月04日 来源:生物通

编辑推荐:

  来自欧洲分子生物学实验室的研究人员开发出了一种新方法可实现对发育果蝇胚胎中单个细胞的实时追踪,这一研究进展将转变我们对于构成动物发育基础的复杂细胞动态的理解。相关论文发布在《自然方法》(Nature Methods)杂志上。

生物通报道  来自欧洲分子生物学实验室的研究人员开发出了一种新方法可实现对发育果蝇胚胎中单个细胞的实时追踪,这一研究进展将转变我们对于构成动物发育基础的复杂细胞动态的理解。相关论文发布在《自然方法》(Nature Methods)杂志上。

利用一种有组织、相互沟通和交互的系统群来了解胚胎从生殖细胞发育为生物体的机制是一项艰巨的任务。到目前为止,大部分研究都只能在诸如斑马鱼或果蝇之类的动物中追踪发育的一些片段。更全面地了解整个过程以及驱动它的机制将有助于对癌症等疾病的研究以及开发出再生医学干细胞疗法。

当前的单层光显微镜技术(light sheet microscopy)只能照射到样本的一面。研究人员只能对发育生物体的任何一面进行连续成像,或是交替观察两面,利用由此生成的数据来重建形成三维视图。然而一次只能对一面进行观察意味着当细胞从上向下迁移时则无法对其进行追踪,旋转样品观察两面则需要耗费大量的时间,当拍摄下一张图像时细胞已经发生改变,以致它们不再在一条直线上。

同时多视点成像(Simultaneous multi-view imaging)解决了上述问题,它可以同时从相反方法拍摄图像,并实时拼接数据。这需要大规模的计算能力,这一数据集达到每项研究11兆兆字节(约2500张DVD的数据量)。利用这一技术现在从受精卵到幼虫孵化随着动物的发育过程果蝇胚胎中的每个细胞都能够进行可视化追踪。

闪烁的光

“几乎任何想要研究生物系统发育或功能的人都可马上从这一技术中获益,因为它能第一时间将这一过程可视化。这对于我们了解最初看到的发育机制至关重要,”文章的共同作者之一、霍华德休斯医学研究所珍妮莉娅法姆研究学院生物物理学家Philipp Keller说。

研究小组选择了果蝇胚胎进行成像。“相比其他的动物,我们对于果蝇胚胎的机制了解更深入。科学家们对于果蝇胚胎开展遗传学研究已有约100年。我们拥有基因互作的基本蓝图。这一成像技术可以利用这一抽象的蓝图,将其转变一个活体的栩栩如生的胚胎图像,”加州大学伯克利分校主要从事发育基因组学研究的Michael Levine说。

Keller说这一技术将使研究人员看到每一个发育阶段正在整个生物体内发生的事件,以及不同的突变导致了哪些出现异常。“直到现在,发育生物学仍是采用定性描述发育过程中的不同突变和它们的效应。我们不能看到在单个胚胎中单个细胞的事件,”他说。Keller和同事们现在正利用这一技术追踪果蝇和其他物种发育大脑中神经元的生长和分化过程。

研究果蝇中的系统和遗传突变还能够提供对于人类疾病的新认识,许多的疾病形成机制从昆虫到哺乳动物都具有进化保守性。“利用这一技术来观察果蝇突变,将为人类健康和疾病提供极其丰富的有用信息,以及基础知识。这真是一段美好的时光,”Levine说。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Fast, high-contrast imaging of animal development with scanned light sheet–based structured-illumination microscopy

Recording light-microscopy images of large, nontransparent specimens, such as developing multicellular organisms, is complicated by decreased contrast resulting from light scattering. Early zebrafish development can be captured by standard light-sheet microscopy, but new imaging strategies are required to obtain high-quality data of late development or of less transparent organisms. We combined digital scanned laser light-sheet fluorescence microscopy with incoherent structured-illumination microscopy (DSLM-SI) and created structured-illumination patterns with continuously adjustable frequencies. Our method discriminates the specimen-related scattered background from signal fluorescence, thereby removing out-of-focus light and optimizing the contrast of in-focus structures. DSLM-SI provides rapid control of the illumination pattern, exceptional imaging quality and high imaging speeds. We performed long-term imaging of zebrafish development for 58 h and fast multiple-view imaging of early Drosophila melanogaster development. We reconstructed cell positions over time from the Drosophila DSLM-SI data and created a fly digital embryo.

 

订阅生物通快讯

订阅快讯:

最新文章

限时促销

会展信息

关注订阅号/掌握最新资讯

今日动态 | 生物通商城 | 人才市场 | 核心刊物 | 特价专栏 | 仪器云展台 | 免费试用 | 今日视角 | 新技术专栏 | 技术讲座 | 技术期刊 | 会展中心 | 中国科学人 | 正牌代理商

版权所有 生物通

Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

联系信箱:

粤ICP备09063491号