哥倫比亞大學的研究人員們研發出一種新型光學顯微鏡平臺，叫做電子預共振激發拉曼散射顯微鏡（epr-SRS）。這種顯微鏡不但具有高靈敏性和選擇性，而且使得一次可成像的結構從5種增至24種。

　　哥倫比亞大學（Columbia University）的研究人員們在生物系統成像領域取得重要進展，該技術不僅使科學家們能夠在整個系統范圍內標記和成像大量生物分子，加深對生物系統的理解，還在諸多領域具有潛在的應用前景，如尋找新療法以及疾病治療。

　　化學系Wei Min副教授領導的研究團隊，研發出一種可以大幅增加檢測靈敏度的光學顯微鏡平臺。該研究成果于4月19日發表在《自然》（Nature）雜志上。該研究介紹的這種新型儀器，不僅能夠觀察新分子形成的具體過程，還可以同時對24種不同的生物分子進行標記和成像，此數量大約是現有儀器標記種類數的5倍。

　　“在系統生物學時代，如何使細胞內多種分子同時成像，而不失靈敏度和特異性，始終是一個巨大的挑戰?！?Min介紹道?！拔覀児ぷ鞯男路f和獨特之處是，使儀器和分子協同作用，來攻克這個存在已久的難題。這個平臺能改變我們對復雜生物系統的理解，此類系統有大規模的人類細胞地圖、代謝途徑、大腦中不同結構的功能、腫瘤的內環境和高分子自組裝等，以上所列只是復雜系統中的冰山一角?！?/p>

　　現有觀察活細胞和組織結構的方法，都有其優點和基本的局限性，尤其是存在顏色數量限制的問題。

　　例如，熒光顯微鏡極其靈敏，是生物實驗室中＊常見的設備。這種顯微鏡使得科學家們能夠利用熒光蛋白（fluorescent proteins），來監測活系統中的細胞生物過程。每種熒光蛋白都能與目標結構結合，將其標記或染色。＊多有5種熒光蛋白，分別為藍色熒光蛋白（BFP ，Blue Fluorescent Protein), 藍綠色熒光蛋白（ECFP ，Cyan Fluorescent Protein), 綠色熒光蛋白（GFP ，Green Fluorescent Protein),黃色熒光蛋白（mVenus ，Yellow Fluorescent Protein)和紅色熒光蛋白（ DsRed ，Red Fluorescent Protein).

　　盡管熒光蛋白的優勢明顯，但是它受限于顏色的數量，這使得研究人員一次＊多只能看到5種結構。因為熒光蛋白發出的光譜中能夠被識別區分出的只有這五種顏色。

　　例如，研究人員在觀察腦腫瘤組織活樣本中的數百萬種結構和不同類型的細胞時，每次＊多只能在一個組織中看到五種結構，如果想看的結構多于五種，則需要先洗凈已被熒光標記的組織，再重新標記和觀察另外五種結構。也就是說，研究人員每觀察五種結構，就需要重復一次上述操作。這不僅大大增加了工作量，在清洗過程中，還可能會丟失或損傷重要的組織。

　　“我們希望同時看到它們，因為只有這樣我們才能知道它們是如何獨立工作以及相互作用的，” Lu Wei介紹道，他是本篇論文的第一作者，同時也是Min實驗室的博士后研究人員?！吧锃h境的組成成分很多，我們需要同時看到所有的一切，才能真正理解生命的過程?！?/p>

　　除了熒光顯微鏡，現在還有各種拉曼顯微技術（Raman microscopy techniques）來觀察活細胞和組織結構，這種技術是通過使典型化學鍵發生明顯的振動來檢測的。傳統的拉曼顯微鏡對顏色的區分度較高，這正是熒光顯微鏡所欠缺的，不過它的靈敏度較低。因此，它只能采集到高強度，集中的振動信號，而實現這種信號需要數百萬同種化學鍵。如果來自化學鍵的信號不夠強，實現相關結構的可視化就幾乎不可能。

　　Min和包括化學系教授Virginia Cornish，神經科學系教授Rafael Yuste在內的研究團隊，試圖結合這兩種顯微技術，來解決這個難題。

　　他們研發出的新平臺叫做電子預共振激發拉曼散射顯微鏡（electronic pre-resonance stimulated Raman scattering (epr-SRS) microscopy）。這種顯微鏡結合了上述兩種顯微鏡的優點，實現了高靈敏性和選擇性。這種新型檢測技術，不但具有極高的特異性，而且所需的檢測濃度較低。傳統的拉曼顯微鏡檢測某種結構，需要數百萬個同種化學鍵，而這種新型儀器僅需要30個。此外，研究團隊還同時使用了自己設計的一系列標記分子和**技術，增強了“分子調色板”的標記能力，使得一次可成像的結構數量擴大到24個，遠遠超過了熒光顯微鏡的5個。研究人員們相信，該技術的標記和成像能力還有很大的提升空間。

　　研究團隊還在腦組織上成功地測試了epr-SRS平臺?！拔覀兡芸吹讲煌募毎谝黄鸸ぷ鳌?， Wei 描述到?！岸@正得益于大型調色板?，F在，我們能夠同時對腦組織中的不同結構進行染色。我們希望將來能夠實時地觀察到它們的活動?！毖芯咳藛T們認為該技術不僅僅可應用于腦組織。她補充道，“不同類型的細胞，功能也不同?？茖W家們通常一次只研究一種細胞，而更多的顏色使得我們能夠同時研究多種細胞，觀察到細胞在健康和疾病的狀態下是如何獨立工作以及相互作用的?！?/p>

　　這個新平臺還有很多潛在的應用領域。Min補充道，“將來，這項技術可能被用于治療現有藥物難以殺死的腫瘤。我們如果能看到癌細胞中結構的相互作用，就能更精確地尋找到達目標結構的路徑。這個平臺很有可能會顛覆我們對復雜系統的理解?！?/p>