• 产品名称:中科院生物物理研究所成功开发第一代三维牵引
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  • 发布时间: 2021-04-30
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  中邦科学院生物物理所李栋课题组与牛津大学Marco Fritzsche课题组以及伦敦大学学院Emad Moeendarbary课题组团结正在Nature Communications杂志同期颁发题两种生物力显微成像手段的论文,Astigmatic traction force microscopy (aTFM)和Two-dimensional TIRF-SIM-traction force microscopy (2D TIRF-SIM-TFM)。提出了两种新型生物力显微成像手段:像散牵引力机闭光照明超别离显微镜(aTFM-SIM)和二维全反射机闭光超别离牵引力显微镜(2D TIRF-SIM-TFM),可对细胞性命勾当流程中与方圆处境的互相效率力举办二维或三维、高速、长时程、超别离率观测,并操纵这两种身手咨询了大鼠嗜碱细胞白血病(RBL)细胞免疫激活和哺乳动物细胞迁徙等流程中的效率力,及其与细胞内微丝骨架动态形变的闭系。

  生物力学(mechanobiology)是咨询性命勾当中闭联力学个性的学科。细胞的生物力学个性与性命勾当的很众功效闭联,好比肿瘤免疫流程、器官的衰老、皮肤和伤口愈合、血管变成、淋巴功效、骨骼、神经元和眼睛勾当等性命流程。这些微观力学流程常常发作正在亚微米、皮牛和亚秒标准。牵引力显微镜(traction force microscopy)是最遍及使用于生物力学咨询的身手之一,其操纵弹性物质皮相的荧光微球探针观测细胞和弹性物质互作流程中的微观效率力。然则守旧的牵引力显微镜受限于获取微球位移的精度和速率,只可以稀少的荧光微球行动探针举办慢速的微米标准二维观测,使用边界大幅度受限。

  针对守旧牵引力显微镜只可二维观测的短处,基于李栋课题组开垦的三维机闭光超别离显微镜(3D-SIM)对荧光微球探针和生物样品举办超别离观测,高精度确定荧光微球的三维地点,李栋和Marco Fritzsche团结团队已开垦实行第一代三维牵引力显微镜(3D-SIM-TFM,Nano Letters,2019, 19(7): 4427-4434)。因为3D-SIM-TFM通过众层扫描取得微球的三维地点坐标,因而三维生物力丈量的速率已经受限。针对这一瓶颈,团结团队提出基于柱透镜像散的力追踪显微成像手段aTFM-SIM(图1)。aTFM-SIM无需死板扫描仅单次曝光即可高精度追踪荧光微球探针的三维地点,从而估计打算出细胞皮相三维效率力分散。aTFM-SIM的时分别离率和轴向力追踪精度比3D-SIM-TFM分辩提升5倍和10倍。团结团队进一步操纵aTFM-SIM以高时、空和力精度观测了RBL细胞的免疫反映流程(图2),以及宫颈癌细胞(HeLa)的贴壁伸长流程。

  aTFM-SIM能够有用咨询微米标准、秒量级和几十皮牛巨细微观力学互作流程,然则性命勾当流程中也存正在大批更火速和更为小的微观力学效率,而且利用二维成像也能观测片面性命勾当流程。为了进一步擢升观测的时空精度,咨询职员利用全反射机闭光超别离显微镜(TIRF-SIM)和牵引力显微镜相联结开垦出2D-TIRF-SIM-TFM显微成像手段,并操纵粒子图像测速(PIV)算法庖代守旧的单颗粒追踪算法剖判荧光微球探针的位移,能够剖判越发聚集的荧光微球探针,微球密度擢升15~20倍,最终可有用探测几十纳米标准,亚秒量级和皮牛巨细的微观力学互作。相较守旧牵引力显微镜,2D-TIRF-SIM-TFM的空间和时分别离率分辩擢升2倍和10倍以上。团结团队观测挖掘2D-TIRF-SIM-TFM能有用解析原代鲑鱼角质细胞迁移流程中的类旋涡状动态互作,而守旧牵引力显微镜却不行(图3)。

  一季度,兼顾疫情防控和经济社会繁荣结果陆续映现,工业经济延续客岁往后稳中向好态势,工业出产依旧较疾拉长,产能操纵率到达近年同期较高程度,企业效益火速还原。

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