两篇文章介绍一种技术：世界上最快的照相机

　　

   

   

图:(左)超快相机显示细胞膜中的分子(由各种佛像表示)似乎在肌动蛋白丝(由曼陀罗表示)束缚的空间内跳舞，偶尔跳过边界。(右)将超快相机与SFMI配对，可以比以前的方法快60倍地创建点彩式图像。

京都大学、冲绳科学技术研究生院(OIST)和日本Photron有限公司的研究人员开发出了世界上最快的照相机，能够探测到单分子的荧光。他们在同一期《Journal of Cell Biology》上发表的两篇文章中描述了这项技术及其力量的例子。

生物成像专家Takahiro Fujiwara说:“我们使用这台相机的工作将帮助科学家了解癌症是如何扩散的，并帮助开发治疗癌症的新药。”Fujiwara是综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的研究负责人。

单荧光分子成像(SFMI)使用荧光分子作为报告标记，可以与细胞中感兴趣的分子结合，并显示它们的位置以及它们如何移动和相互结合。该团队的超高速相机使SFMI在时间上获得了最高的分辨率。它可以检测到比普通视频帧速率快1000倍的单个分子运动。具体来说，它可以每33微秒以34纳米的精度检测一个附着荧光标签的分子，或者每100微秒以20纳米的精度检测一个分子。

Fujiwara说:“我们现在可以观察到单个分子是如何在活细胞内跳舞的，就好像我们在剧院里观看芭蕾舞表演一样。”他强调，以前的SFMI技术就像每30秒看一次芭蕾舞，所以观众必须从如此稀疏的观察中猜测故事。这是非常困难的，猜测往往是完全错误的。

此外，该团队开发的超快相机极大地提高了之前超空间分辨率方法的时间分辨率，并于2014年获得了诺贝尔化学奖。在这种早期的方法中，单个分子的位置被记录为大约20纳米的小点，形成图像，就像乔治·修拉(Georges Seurat)领导的新印象派画家的点彩画一样。然而，显微镜下的点彩术存在的问题是成像速度极慢，通常需要10分钟以上才能获得一张图像，因此标本必须用化学方法固定死细胞。利用开发的超快相机，可以在10秒内形成图像，速度提高了约60倍，可以观察活细胞。

研究小组进一步展示了他们的相机的力量，通过检查与癌症有关的受体蛋白的定位和运动，以及一种被称为焦点粘附的细胞结构。黏附是一种蛋白质分子复合物，它将细胞内的结构蛋白束与细胞外的物质(称为细胞外基质)连接起来。它可以在细胞与环境的机械相互作用中发挥重要作用，使癌细胞移动和转移。

“在一项调查中，我们发现一种与信号分子结合的促癌受体在被激活时被限制在特定的细胞腔内的时间更长。在另一项研究中，我们揭示了参与癌细胞活动的病灶粘附内的超细结构和分子运动，”OIST教授、京都大学名誉教授Akihiro Kusumi说。研究结果使研究小组提出了一个精细的黏附结构和活动模型。

世界各地的许多研究团队都对开发能够干扰肿瘤局灶粘连作用的药物感兴趣。该团队与日本相机制造商Photron Limited的Takeuchi先生合作开发的超快相机将有助于深入了解这些结构如何移动以及如何与细胞内外的其他结构相互作用。

Ultrafast single-molecule imaging reveals focal adhesion nano-architecture and molecular dynamics