迭代调制的精度增强了单分子定位显微镜

【字体: 时间:2022年06月24日 来源:Biophysical Journal

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  代尔夫特理工大学的科学家们洞察了超分辨率显微镜的局限性,并提供了一种确定最大分辨率的新计算方法。在他们发表的文章中,研究人员先前所做的主要精度改进有细微差别。这项技术对于研究活细胞的过程、发现疾病的起源和开发新药物都很重要。此外,他们发表的文章还提到了之前其他研究人员声称的主要精度提高。他们的发现发表在《生物物理学杂志》上。

  

2019年,来自代尔夫特的研究人员已经通过将该技术的精度提高了大约两倍,为超分辨率显微镜领域带来了相当大的进步(见此处)。现在他们发表了一篇科学文章,指出了超分辨率显微镜的基本局限性。“我们还为其他研究人员提供了一种方法,帮助他们做出更明智的选择,”代尔夫特的博士生、该论文的第一作者迪伦·卡利斯瓦特(Dylan Kalisvaart)说。由卡拉斯·史密斯领导的研究人员为被称为迭代单分子定位显微镜的超分辨率方法奠定了新的基础。他们利用光照模式来放大单个分子。为了做到这一点,他们利用之前的实验结果,将图案放置得越来越靠近分子。这使得提高分子所在位置的图像清晰度成为可能。

Delft系统与控制中心的研究人员Kalisvaart解释说:“我们证明(通过所谓的Van Trees不等式)分辨率的提高可以归因于从之前的实验中获得的先验知识。”这使我们能够展示显微镜的实际设置应该是什么样的,在给定的环境和先验知识下,才能达到最佳效果。”

超分辨率显微术是一项突破性的技术,可以让研究人员观察活细胞内部。例如,这项技术使用了水母中存在的发光蛋白。2008年,三位顶尖的研究人员因为发现和开发了这种被称为绿色荧光蛋白(GFP)的发光蛋白而被授予诺贝尔化学奖。研究人员可以通过基因编辑将这些荧光蛋白附着在分子上。当你用激光照射这些蛋白质时,它们会发出少量的光。单分子定位显微镜(SMLM)确保分子随机打开或关闭。敏感的传感器将这些光信号录制成视频,然后研究人员分析获得的数据。这使他们能够非常精确地确定分子的位置,并重建细胞结构。用一个普通的光学显微镜,你可以制作大约半微米尺度的图像。超分辨率显微镜技术将这一能力提高了10倍。

超分辨显微技术的发展在过去的十年中得到了迅速的发展。2014年,三名研究人员凭借后来被称为“超分辨率显微镜”的技术获得了诺贝尔化学奖。三位获奖者之一是德国研究员Stefan Hell。来自地狱实验室的研究人员在2020年提出,迭代单分子定位显微镜将大大提高分辨率。代尔夫特理工大学的科学家们现在表明,这些主要的分辨率提高实际上在实践中是无法实现的。

Kalisvaart:“在实际情况中,你能期望的最好结果是比标准技术提高大约五倍。这个领域很大程度上认为有更大的潜力。我们现在第一次用一种不同的数学(贝叶斯)方法来研究这个问题,并表明在实践中很难实现地狱群分辨率的提高。”

人们会把在《生物物理学杂志》上发表这篇文章看作是一次挫折吗?Kalisvaart的主管卡拉斯·史密斯(Carlas Smith)说:“我不这么认为。”重要的是基础科学是坚实的。如果建筑结构出了问题,你就必须回到地面重建地基。

文章标题

Precision in iterative modulation enhanced single-molecule localization microscopy

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