走！北大教授帶你去細(xì)胞里逛一逛

大家都知道，細(xì)胞是人體結(jié)構(gòu)和生理功能的基本單位。但你知道，我們的細(xì)胞都長什么樣子嗎？微觀中蘊藏?zé)o限，果殼中亦有宇宙。

今天，小北就帶你認(rèn)識“最熟悉的陌生人”——細(xì)胞�！凹�(xì)胞地圖”，請查收！

細(xì)胞，是一個微觀世界

功能完備，奧妙無限

針對細(xì)胞內(nèi)各個細(xì)胞器

相互作用的深入研究

是認(rèn)識細(xì)胞功能的重要途徑

也有助于人類了解各種疾病根源

北京大學(xué)席鵬教授課題組

與合作者合力打造

光學(xué)多維度·超分辨 “街景地圖”

首次實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)

10種亞細(xì)胞器膜同時成像

并分析了它們的脂質(zhì)動力學(xué)

呈現(xiàn)出了細(xì)胞器相互作用的動態(tài)

SPOT監(jiān)測到細(xì)胞分裂過程中脂膜的動態(tài)改變

01

“見微知著”

為細(xì)胞打造街景地圖

北京大學(xué)工學(xué)院席鵬教授研究團隊聯(lián)合南方科技大學(xué)金大勇教授團隊成功開發(fā)了光譜偏振光學(xué)斷層成像技術(shù)（SPOT），結(jié)合親脂探針，從光強、光譜和偏振三個光學(xué)維度分別解析脂膜的形態(tài)、極性和相位，首次實現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)10種亞細(xì)胞器膜的同時成像并對其脂質(zhì)動力學(xué)進(jìn)行了分析。這一工作發(fā)表在Nature Communications期刊。

相比于現(xiàn)有的其他熒光成像技術(shù)，這次自主研發(fā)的SPOT技術(shù)利用六張原始圖像即可獲得熒光強度、光譜和偏振多個維度信息，成像速度快，可實時觀測亞細(xì)胞器的動態(tài)變化。該技術(shù)良好的光學(xué)層切能力同時提高了偏振探測精度和光譜探測精度，首次利用光學(xué)成像技術(shù)得到亞細(xì)胞器內(nèi)部的脂質(zhì)異質(zhì)性動態(tài)，對脂質(zhì)極性和位相進(jìn)行量化觀察。

SPOT實現(xiàn)亞細(xì)胞器脂膜異質(zhì)性分析

利用SPOT技術(shù)，席鵬教授研究團隊發(fā)現(xiàn)了線粒體內(nèi)脊和外膜的脂質(zhì)異質(zhì)性以及內(nèi)吞體在成熟過程中脂質(zhì)成分的改變。通過實時監(jiān)測，研究人員捕捉到了細(xì)胞分裂過程中細(xì)胞膜異質(zhì)性的動態(tài)改變，以及TNT形成過程，和線粒體脊消失過程中脂質(zhì)成分的動態(tài)改變。

線粒體嵴消失過程中脂膜的動態(tài)變化

傳統(tǒng)熒光顯微鏡受限于標(biāo)記方法，最多只可進(jìn)行四種細(xì)胞器的同時成像。SPOT突破了傳統(tǒng)光學(xué)成像維度限制，從三維空間、時間、偏振和光譜六個維度實現(xiàn)高時空分辨率的活細(xì)胞成像。通過膜形態(tài)、脂質(zhì)極性和脂質(zhì)相的協(xié)同作用可以對十種亞細(xì)胞器同時成像和分類，將為脂質(zhì)組學(xué)和細(xì)胞器互作研究再添利器。

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02

“撥云見日”

越研究越喜歡的追光者

打造“細(xì)胞街景”的領(lǐng)銜科學(xué)家席鵬教授，是北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系副主任，特聘研究員，博士生導(dǎo)師。席鵬教授多次在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項，科技部重點研發(fā)計劃等項目中擔(dān)任課題負(fù)責(zé)人。

超分辨顯微成像，生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)，新型顯微技術(shù)是席鵬教授的主要研究領(lǐng)域，從本科就開始學(xué)習(xí)光學(xué)的他認(rèn)為光學(xué)是“容易讓人著迷”，他曾經(jīng)這樣描述：“光學(xué)是看得見摸得著的東西，越研究就會越喜歡�！痹缴钊脬@研，越給予他“柳暗花明又一村”的新感覺。

席鵬教授在研究室

在教學(xué)方面，席鵬教授相信教學(xué)相長，“費曼就曾經(jīng)說過，‘想要真正弄懂一個問題，最簡單的方式就是把它教給別人。’通過費曼學(xué)習(xí)法，我逐漸能夠?qū)⑸願W的道理以淺顯的形式講出來，從而啟發(fā)學(xué)生觸類旁通；而通過與學(xué)生交流互動，我也能進(jìn)一步收獲到更多新的思想�！毕�鵬教授每周都會有獨立的時間來研讀一些新的論文；同時，跟學(xué)生們討論如何將論文其中的觀點消化吸收，和技術(shù)產(chǎn)生共鳴，形成解決某個問題的奇思妙想，“這些是我從中源源不斷的尋找到樂趣的原因”。

03

“清快深活”

探索光學(xué)世界的科研密碼

席鵬教授團隊的多種超分辨新技術(shù)研究為超分辨顯微成像領(lǐng)域帶來了技術(shù)革新與突破，開展的一系列原創(chuàng)性工作發(fā)表在Nature等世界頂級期刊，并受到業(yè)界廣泛關(guān)注和深入報道。

除了“細(xì)胞街景”，席鵬教授團隊還在國際上首次提出利用反射-干涉增強STED的分辨率、首次提出利用貝塞爾-高斯光束結(jié)合的STED、利用逆復(fù)用多色量子點實現(xiàn)了高速、高標(biāo)記密度的超分辨、利用多焦共聚焦實現(xiàn)了三維超分辨、合作開發(fā)了適合超分辨的單體熒光蛋白等。

超分辨所要解決的是由于光的波動特性帶來的點擴展函數(shù)相互重疊的問題。席鵬教授團隊一直在尋找某一種方法，可以從另一個物理維度將熒光分子區(qū)分開來。

2014年，席鵬教授關(guān)注到Nature Methods上的一篇文章，通過熒光偶極子的激發(fā)調(diào)制加上稀疏反卷積實現(xiàn)了超分辨。這篇文章引發(fā)了學(xué)術(shù)界的一些爭論，有學(xué)者認(rèn)為偏振帶來的額外信息對于超分辨是可有可無的。原文的作者對此進(jìn)行了回復(fù)，指出偏振調(diào)制在樣品中廣泛存在，一定能夠帶來“額外的信息”。當(dāng)時，席鵬教授團隊一直在深耕這個領(lǐng)域，其開發(fā)Super-resolution Dipole orientation mapping (SDOM)技術(shù)，完美地回答了這一學(xué)術(shù)爭論，為超分辨提供了一種全新的維度，因此Nature Methods特別發(fā)表了Research Highlight來介紹這一學(xué)界關(guān)注的問題，以及席鵬教授團隊的解決方案。

這些成果的的取得，離不開席鵬教授追根溯源、孜孜以求的探索與創(chuàng)新精神�！俺上窦夹g(shù)的發(fā)展不外乎四個詞：清（晰）、快（速）、深（層）、活（體）。它們的關(guān)系有兩方面，一個是空間上的從小到大（清晰-深層），一個是時間上的從小到大（快速-活體）�！�

“清快深活”，是席鵬教授一直秉持的學(xué)術(shù)精神與“科研密碼”。

“清快深活”

“希望我們所有光學(xué)成像的研究者，在科研上能做到‘清快深活’，在生活上能做到‘輕快生活’�！毕�鵬教授與許多北大學(xué)者一樣，上下求索，步履不停，面向未來，永遠(yuǎn)“追光”。

來源：北京大學(xué)工學(xué)院

圖片：受訪者提供

編輯：隋雪純

排版：白雨琪

責(zé)編：王嗖嗖、浦海蕊

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