科研兴校 | 比光学显微镜和电镜更厉害的成像技术——超分辨成像

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长期以来，因显微成像技术无法追踪线粒体的超精细动态变化过程，线粒体相关疾病如糖尿病、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症及癌症等疾病的发病原理一直难以探明。然而，线粒体超分辨成像技术的出现同时弥补了常规光学显微成像以及电镜的不足，为生物医学成像领域带来了新的希望。

深圳大学物理与光电工程学院屈军乐教授团队近日在国际著名学术期刊CHEM上发表了重要综述性论文，总结了细胞线粒体超精细结构纳米分辨光学成像方法、光学探针设计原理及生物应用。屈军乐教授团队Soham Samanta与何颖两位博士后为该论文的共同第一作者，屈军乐教授、杨志刚副教授为共同通讯作者，深圳大学为第一和共同通讯单位。

听起来很厉害的“超分辨成像”是什么？

荧光显微成像是生物医学研究的重要工具，它主要依靠光学探针，并结合光学显微成像技术来获取生物样品的结构或功能信息。常规的光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制，只能获得尺寸大于200 nm的生物结构的清晰图像，但是细胞内存在大量的尺寸小于200 nm的重要生物结构（如细胞内的微丝、微管、细胞器）和生物大分子，传统的光学显微成像技术不能提供这些目标的精细结构。

超分辨成像技术基于不同的光学成像原理，利用光学标记探针，将物理、化学方法相结合，可以实现超越衍射极限的纳米分辨光学成像，获取生物样品的精细结构，已成为生物学研究的重要工具。

为什么我们要给线粒体成像呢？

大家知道，线粒体是细胞内非常重要的细胞器之一，为细胞的生命活动提供大部分所需要的能量，同时在细胞死亡过程中也扮演着凋亡执行者的角色。

然而，线粒体的长度只有几微米，横向直径不到1微米，而且自身也具有非常复杂的亚结构，想要得到清晰的成像非常困难。其次，线粒体是一种高度动态的细胞器，其动态过程包括线粒体自身的运动、线粒体的分裂与融合、线粒体之间的网络化连接等，线粒体的动态变化的活跃程度反映细胞的健康状态。研究线粒体的超精细动态变化过程有利于探索线粒体相关疾病如糖尿病、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症及癌症等疾病的发病原理，并寻找治疗方法。

常规的光学显微成像技术可以获得线粒体的动态变化过程，但无法提供更精细的结构信息，电镜虽然能获得线粒体的精细结构，但是无法实现动态观察，因此前面所提到的超分辨光学成像在研究亚细胞器的精细结构及动态变化方面就表现出了显著的优势。

这么厉害的技术应用前景怎么样？

超分辨光学成像可以实现对小于200nm的微观结构的超精细动态成像，可以弥补常规光学显微成像分辨率受限以及电镜无法实现动态成像的不足，在生物医学成像领域具有巨大的应用前景。

目前，超分辨成像研究吸引了国内外不同领域的众多研究者，从光学探针、光学成像技术和系统以及生物学研究等角度优化超分辨成像方法，进一步提高时间、空间分辨率，预期将带来生物科学的大发展。

也许在不久的将来，在超分辨光学成像技术的帮助下，线粒体相关疾病的发病原理将被破解，糖尿病、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症甚至癌症等困扰人们许久的疾病都不再可怕。

论文链接：

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30115-9#%20

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.03.011

该工作得到了国家基础研究发展计划（973项目），国家自然科学基金杰青、面上、重点国际合作等项目，广东省自然科学基金创新团队项目，广东省普通高校国际暨港澳台合作创新平台及国际合作以及深圳市基础研究计划等项目的支持。

屈军乐教授

屈军乐，深圳大学特聘教授，博士生导师，国家自然科学基金杰出青年基金获得者，SPIE Fellow（国际光学工程学会会士）。从事荧光寿命成像、超分辨成像、非线性光学成像、纳米光子学、成像引导的光治疗等研究。主持973课题，国家自然科学基金重点项目、仪器专项、重点国际合作项目、杰出青年基金、面上项目，广东省自然科学基金创新团队项目等，在包括Nature Photonics, Nature Communications, PNAS，Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Coordination Chemistry Review, CHEM，Nano Letters，Nanoscale，Nano Research, Optics Letters, Optics Express等期刊上发表SCI论文200余篇，获授权发明专利30余项。

现任深圳大学特聘教授，深圳大学光电子器件与系统（教育部/广东省）重点实验室主任，国家自然科学基金杰出青年基金获得者，SPIE（国际光学工程学会）Fellow（会士），广东省百千万领军人才，中国光学学会生物医学光子学专业委员会主任委员，广东省生物物理学会、广东省生物医学工程学会副理事长，并担任SPIE西部光子学大会（Photonics West）多个分会的组委会委员，激光生物学报常务编委，Journal of Innovative Optical Health Sciences（JIOHS）和Frontiers of Optoelectronics等期刊编委。

杨志刚副教授

杨志刚，深圳大学副教授，深圳市海外高层次人才“孔雀计划”B类入选者。主要研究方向为新型荧光成像探针及超分辨光学探针设计及成像应用研究。2011年获中国大连理工大学博士学位，师从中国科学院院士彭孝军教授，主要从事新型荧光染料结构设计及光谱调控方面的研究工作。2011年至2014年在韩国高丽大学Kim Jong Seung院士课题组从事Research Professor的研究工作，主要从事生物微环境成像探针的设计与研究，同时进行近红外有机小分子抗癌药物靶向输送的设计与成像研究。迄今为止在Chemical Society Reviews, Journal of the American Chemical Society, Biomaterial, Chemical Communications, Coordination Chemistry Reviews, CHEM，Bioconjugate Chemistry等国际期刊上发表SCI论文30余篇，其中以第一作者或共同第一作者或通信作者发表论文10余篇；主持或参与国家自然科学基金项目2项、深圳市基础研究项目1项，参与国家自然科学基金项目2项，担任Chemical Communications, Dyes and Pigments, Chinese Chemical Letter等国际学术期刊的审稿人。

何颖博士

何颖，深圳大学物理与光电工程学院专职副研究员。主要研究方向为超分辨成像及荧光寿命成像在生物学中的应用。2013年获浙江大学理学博士学位。2013年至2019年先后在中科院南海海洋研究所（指导教授：胡超群），深圳大学（指导教授：屈军乐）从事博士后的研究。至今以第一作者或共同第一作者在Chem, Chemical Communications, Developmental Biology等国际期刊上发表多篇SCI论文。参与完成多项国家高技术研究发展计划、国家重点基础研究发展计划及国家自然科学基金面上项目。

Soham Samanta博士

Soham Samanta，深圳大学物理与光电工程学院博士后。主要研究方向为超分辨成像及荧光成像探针的研究工作。2017年获印度古瓦哈蒂理工学院博士学位。毕业后加入深圳大学屈军乐教授团队从事博士后研究工作。至今以第一作者或共同第一作者在CHEM, Chemical Communications, Analytical Chemistry等国际期刊上发表10余篇论文。

研究团队

深圳大学生物医学光子学研究团队由牛憨笨院士创建，依托教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，发展至今已走过10多年的历程。目前已建成在国内外具有较大影响力的科研平台，现团队负责人屈军乐教授是国家杰青、国际光学工程学会会士（SPIE Fellow），担任中国光学学会生物医学光子学专委会主任委员，广东省生物医学工程学会副理事长，广东省生物物理学会副理事长。团队成员包括国家杰青1人，国家优青1人，青年千人2人，美籍特聘教授1人，近三年团队获国家自然科学基金重点项目2项、面上项目15项、青年基金项目20余项、科技部重点研发计划课题3项，科研经费 4000余万元；在包括Nature Photonics, Nature Communications, Chem, PNAS, Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Advanced Science, Nanoscale, Nano Research等国际期刊上发表SCI论文300多篇，包括Nature 和Cell子刊4篇。

研究团队欢迎有志于生物医学光子学研究的学术带头人、青年教师、科研骨干、博士后和研究生加盟。联系方式如下：

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排版 | 徐泽蓉

内容摘自“深圳大学”公众号

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