2016值得關注的技術：高多重成像

日期：2016-01-06 09:05:14

今年第一期《Nature Methods》評出了2015的年度技術——單顆粒冷凍電鏡（cryo-EM）。除此之外，該雜志還對一些熱門技術進行了一番展望，包括細胞內蛋白標記、精準光遺傳學、高多重成像、亞細胞圖譜分析等等。

熒光團之間的光譜重疊，是成像復雜生物學結構的一個主要障礙。這種限制讓絕大多數實驗只能檢測三、四個靶標。我們怎樣才能看到一個多彩的細胞呢？多重成像可以做到這一點。多重成像能在更有意義的環境中觀察分子，更好地分析多成分復合物的形成和改變。這種技術終將轉變我們對生物學過程的理解。

為了解決多重成像目前面臨的問題，人們正在開發更好的探針。比如跨越可見光區和不可見光區的探針，這些探針可以帶來更多的顏色選擇。還有一種稱為intracellular laser的探針，它們的光譜很窄，比較容易區分開。這些探針方面的改進，有助于用標準顯微鏡實現更好的多重成像。

此外，研究者們還在開發光學裝置來檢測光譜重疊的熒光團。舉例來說，華人學者Ke Xu及其同事搭建了SR-STORM顯微鏡（spectrally resolved stochastic optical reconstruction microscopy），通過真彩超高分辨率顯微成像獲得每個標簽分子的光譜和位置信息。這一方法能夠輕松辨別光譜高度重疊的熒光團，為人們打開了多靶標成像的大門。

高度多重的免疫熒光成像技術也在不斷涌現。研究者們先用抗體標記一組靶標，并且進行成像。然后漂白或剝除探針，再以同樣的方式標記不同靶標。反復多輪標記之后就能建立起高多重圖像。華裔學者蔡龍通過這樣的策略完成了高多重轉錄組成像，在多輪成像之后利用獨特條碼鑒定不同的轉錄本。

莊小威實驗室開發的單分子成像技術MERFISH（multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization），是一種高度多重化的smFISH成像方法，可以在單個細胞中鑒定數千種RNA的拷貝數和空間定位，打破了之前的技術局限。

雖然上文提到的方法都很強大，但活細胞多重成像仍然需要方法改良。活細胞與固定細胞的多重成像有相同的問題，但也面臨著一些特別的挑戰。舉例來說，活細胞可用的熒光染料和探針比較少，需要快速圖像獲取，而且對光照敏感。

相信在不久的將來，人們會開發出大規模多重成像的實用策略，進一步探索細胞中發生的生物學過程。