@ 2018.10.17 , 10:00

最新显微技术创建小鼠胚胎发育过程的4D图像

最新显微技术创建小鼠胚胎发育过程的4D图像

利用新开发的显微技术,科学家们已经能够为小鼠早期胚胎的发育绘制出精细的4D图像,可分辨精度直至单个细胞——这是对哺乳动物生命的最初阶段迷人的一瞥。

成像过程在技术上被称为自适应光片显微镜,它突破了以往的技术瓶颈。

对这些编制在一起的器官和组织以前所未有的直观方式进行研究,将有助于推动未来的器官再生技术和筛查子宫内出现的胎儿健康隐患——任何涉及器官培育或修复的项目都可以从中受益。

“要做到这一点,首先需要了解器官是如何形成的,”来自马里兰州霍华德休斯医学研究所的发育生物学家Kate McDole说,“你需要亲眼看到真正的胚胎发生了什么。”

新式显微镜的工作原理是使用超薄激光束照射细胞。然后使用摄像机记录被点亮的细胞并实时跟踪它们的运动,如下图所示。

最新显微技术创建小鼠胚胎发育过程的4D图像
K. MCDOLE ET AL./ CELL 2018,weibo:麻省理工科技评论

我们谈论的是小鼠胚胎生命最开始的几天,以前我们无法详细地研究它。器官刚刚开始形成,科学家们也能够捕捉到小鼠心脏的初始节拍。

这就是所谓的哺乳动物的原肠胚,而科学家正在努力了解更多。

连接到显微镜上的智能软件不断生成适于肉眼观察的清晰图像,动态地决策如何调整激光和镜头——算法实现了跟踪胚胎的位置和大小,并绘制出光片如何在样本中移动,然后给出最佳观测图像——正是由于这些算法,我们记录下复杂生命形式的胚胎发育过程的画面——以前的研究主要集中在斑马鱼和果蝇的简单胚胎上。

事实上,新的系统是如此方便实用,科学家可以记录下单个细胞的生命旅程:它们前往哪里,他们启动了什么基因,以及遭遇了哪些其他的细胞。

实验中,计算机程序结合4个不同实验里“平均”的小鼠胚胎绘制出4D图像,并记录下细胞分裂的时间和地点。

现在使用的是同一团队制造的第六台显微镜;每一台都变得比之前的更精确、更强大、更有用。

目前,显微镜只能追踪48小时内保存在非常特殊的实验室条件下的小鼠胚胎,但是该技术的潜力非常巨大。

它可能使科学解开原肠胚的奥秘——确切地说就是哺乳动物如何从单个细胞发育成完整胚胎。

该研究已发表在Cell上,同时研究人员免费公开了显微镜、算法工具和实验中成像的数据。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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