清华大学团队研发出新型超级显微镜

人民网北京9月14日电 （记者孙竞）9月13日，清华大学教授、中国工程院院士戴琼海团队在国际顶尖期刊《细胞》（Cell）发表最新工作，宣布新一代介观活体显微仪器RUSH3D问世。

该仪器具有跨空间和时间的多尺度成像能力，填补了当前国际范围内对哺乳动物介观尺度活体三维观测的空白，为揭示神经、肿瘤、免疫新现象和新机理提供了新的“杀手锏”，使我国生命科学家、医学家能够率先使用我国自主高端仪器设备来解决重大基础研究问题。

记者了解到，观测仪器的研制，长期受困于视场与分辨率间的固有矛盾。能“分得清”单个神经元的传统显微镜往往“看不全”，仅能实现单个平面神经信号的动态记录。而可以在三维全脑范围进行观测的功能核磁，空间分辨率却远远不足以识别单细胞，介观尺度上的技术空白限制着前沿突破。

戴琼海院士团队自2013年起率先开展介观活体显微成像领域研究，顶着“6年间几乎无一篇论文发表”的压力，集智攻关，终于在2018年成功研制出当时全球视场最大、数据通量最高的显微仪器——高分辨光场智能成像显微仪器RUSH。与其他国家研制的仪器相比，RUSH每秒能拍到百亿像素，是国际上首个能实现小鼠全脑皮层范围神经活动高分辨率成像的仪器。

此次发布的RUSH3D，在兼具厘米级三维视场与亚细胞分辨率的同时，能以20Hz的高速三维成像速度实现长达数十小时的连续低光毒性观测。相比当前市场上最先进的商业化荧光显微镜，其在同样分辨率下的成像视场面积提升近百倍，三维成像速度提升数十倍，光毒性降低上百倍（有效观测时长提升百倍）。区别于传统光学显微镜聚焦于单个细胞内的物质交互过程，RUSH3D使得研究人员可以首次以全景方式动态观测哺乳动物器官尺度细胞精度的组织异质性，在活体组织中原位研究大规模多样化细胞在完整生理与病理过程中的动态交互行为。

在清华大学实验室，RUSH3D的架设只需要一张桌子，体积约缩小至此前RUSH的十分之一。人民网记者孙竞 摄

目前，交叉研究团队利用RUSH3D在脑科学、免疫学、医学与药学等多学科产出了诸多成果。研究人员首次观测到了急性脑损伤后多脑区的免疫反应，发现大量中性粒细胞从非血管区域往脑内的迁移与回流过程，有助于开发特定疗法，避免急性脑损伤后组织水肿带来的脑功能缺失难题。凭借其低光毒性三维观测的优势，该系统还能够同时观察到细胞间的长距离通信，并通过长时间追踪数百万个细胞，揭示集体细胞行为的物理规律和功能涌现的机制，例如，能够捕捉从肿瘤发生开始到免疫应答、肿瘤生长的全过程，揭示肿瘤产生的完整免疫活化反应。

研究团队介绍，在成果转化方面，该系统已支撑清华大学、北京大学、解放军总医院等国内高水平科研机构，在肿瘤学、免疫学、脑科学等不同领域开展了20余项创新性生命科学研究，服务于生物制药领域。

(责编：郝孟佳、熊旭)