新華社北京9月14日電（記者魏夢佳）人體內(nèi)不同類型細(xì)胞間每時每刻都在發(fā)生交互作用，針對此進(jìn)行的研究被視為“介觀”尺度研究。以大視場、高分辨率、長時程“看清、看全”大規(guī)模細(xì)胞間的三維交互行為，對生命科學(xué)研究至關(guān)重要。

歷經(jīng)十余年探索，清華大學(xué)戴瓊海團(tuán)隊自主研發(fā)出新一代介觀活體顯微儀器——RUSH3D，其兼具厘米級三維視場與單細(xì)胞分辨率，可以每秒20次的高速三維成像速度，實現(xiàn)長達(dá)數(shù)十小時的全景連續(xù)觀測。這一重要成果于13日晚發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

圖為RUSH3D系統(tǒng)原型（左）、RUSH3D與常規(guī)顯微鏡在活體小鼠腦部拍攝的視野對比（右）（受訪者供圖）

中國工程院院士、清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長戴瓊海教授表示，這是國際上首次在哺乳動物活體器官上實現(xiàn)的全景式、長時程的高速三維成像觀測，其時空跨尺度成像能力為研究大規(guī)模細(xì)胞交互行為，推動腦科學(xué)、免疫學(xué)、藥學(xué)等研究提供了全新視角和工具。

兼具大視場、高分辨率、低損傷是觀測儀器研制的國際性難題。受限于此，科學(xué)家們一直很難在哺乳動物的活體器官上同時看到大量細(xì)胞的交互作用。觀測儀器要么視野范圍覆蓋有限，如同“管中窺豹”；要么成像精度不夠，難以達(dá)到單細(xì)胞尺度；要么僅能觀測一個片段，難以完整記錄全過程。

圖為戴瓊海教授（中）帶領(lǐng)團(tuán)隊在實驗室開展儀器測試（受訪者供圖）

為此，戴瓊海帶領(lǐng)團(tuán)隊攻克多重難關(guān)，最終研制出RUSH3D。清華大學(xué)自動化系副教授吳嘉敏說，相比目前市場上最先進(jìn)的熒光顯微鏡，RUSH3D在同分辨率下的成像視場面積、有效觀測時長均提升了近百倍，三維成像速度提升了數(shù)十倍。

“過去我們用傳統(tǒng)顯微鏡只能看到器官局部，比如小鼠腦的某個腦區(qū)，現(xiàn)在用RUSH3D相當(dāng)于讓100臺顯微鏡同時觀測，可完整覆蓋活體小鼠腦皮層范圍，捕捉10萬量級神經(jīng)元的動態(tài)交互過程，有望揭示腦神經(jīng)環(huán)路工作機(jī)理。”吳嘉敏表示。

“RUSH3D的研制與產(chǎn)業(yè)化填補(bǔ)了對復(fù)雜生命現(xiàn)象介觀尺度活體觀測的空白，標(biāo)志著我國在活體介觀顯微成像領(lǐng)域處于國際前沿。”戴瓊海說。目前，該儀器已支持國內(nèi)多所高校院所在腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、腦科學(xué)等領(lǐng)域開展系列創(chuàng)新性研究。