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人民網(wǎng)北京9月14日電 （記者孫競(jìng)）9月13日，清華大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士戴瓊海團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表最新工作，宣布新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D問世。

該儀器具有跨空間和時(shí)間的多尺度成像能力，填補(bǔ)了當(dāng)前國(guó)際范圍內(nèi)對(duì)哺乳動(dòng)物介觀尺度活體三維觀測(cè)的空白，為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機(jī)理提供了新的“殺手锏”，使我國(guó)生命科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家能夠率先使用我國(guó)自主高端儀器設(shè)備來解決重大基礎(chǔ)研究問題。

記者了解到，觀測(cè)儀器的研制，長(zhǎng)期受困于視場(chǎng)與分辨率間的固有矛盾。能“分得清”單個(gè)神經(jīng)元的傳統(tǒng)顯微鏡往往“看不全”，僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)平面神經(jīng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)記錄。而可以在三維全腦范圍進(jìn)行觀測(cè)的功能核磁，空間分辨率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以識(shí)別單細(xì)胞，介觀尺度上的技術(shù)空白限制著前沿突破。

戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)自2013年起率先開展介觀活體顯微成像領(lǐng)域研究，頂著“6年間幾乎無一篇論文發(fā)表”的壓力，集智攻關(guān)，終于在2018年成功研制出當(dāng)時(shí)全球視場(chǎng)最大、數(shù)據(jù)通量最高的顯微儀器——高分辨光場(chǎng)智能成像顯微儀器RUSH。與其他國(guó)家研制的儀器相比，RUSH每秒能拍到百億像素，是國(guó)際上首個(gè)能實(shí)現(xiàn)小鼠全腦皮層范圍神經(jīng)活動(dòng)高分辨率成像的儀器。

此次發(fā)布的RUSH3D，在兼具厘米級(jí)三維視場(chǎng)與亞細(xì)胞分辨率的同時(shí)，能以20Hz的高速三維成像速度實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)的連續(xù)低光毒性觀測(cè)。相比當(dāng)前市場(chǎng)上最先進(jìn)的商業(yè)化熒光顯微鏡，其在同樣分辨率下的成像視場(chǎng)面積提升近百倍，三維成像速度提升數(shù)十倍，光毒性降低上百倍（有效觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)提升百倍）。區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡聚焦于單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)交互過程，RUSH3D使得研究人員可以首次以全景方式動(dòng)態(tài)觀測(cè)哺乳動(dòng)物器官尺度細(xì)胞精度的組織異質(zhì)性，在活體組織中原位研究大規(guī)模多樣化細(xì)胞在完整生理與病理過程中的動(dòng)態(tài)交互行為。

在清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，RUSH3D的架設(shè)只需要一張桌子，體積約縮小至此前RUSH的十分之一。人民網(wǎng)記者孫競(jìng) 攝

目前，交叉研究團(tuán)隊(duì)利用RUSH3D在腦科學(xué)、免疫學(xué)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)等多學(xué)科產(chǎn)出了諸多成果。研究人員首次觀測(cè)到了急性腦損傷后多腦區(qū)的免疫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)大量中性粒細(xì)胞從非血管區(qū)域往腦內(nèi)的遷移與回流過程，有助于開發(fā)特定療法，避免急性腦損傷后組織水腫帶來的腦功能缺失難題。憑借其低光毒性三維觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)還能夠同時(shí)觀察到細(xì)胞間的長(zhǎng)距離通信，并通過長(zhǎng)時(shí)間追蹤數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞，揭示集體細(xì)胞行為的物理規(guī)律和功能涌現(xiàn)的機(jī)制，例如，能夠捕捉從腫瘤發(fā)生開始到免疫應(yīng)答、腫瘤生長(zhǎng)的全過程，揭示腫瘤產(chǎn)生的完整免疫活化反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)介紹，在成果轉(zhuǎn)化方面，該系統(tǒng)已支撐清華大學(xué)、北京大學(xué)、解放軍總醫(yī)院等國(guó)內(nèi)高水平科研機(jī)構(gòu)，在腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、腦科學(xué)等不同領(lǐng)域開展了20余項(xiàng)創(chuàng)新性生命科學(xué)研究，服務(wù)于生物制藥領(lǐng)域。