我科学家破解多细胞器成像难题

转自：光明日报

本报北京4月3日电（记者晋浩天）北京大学未来技术学院席鹏团队联合东方理工大学金大勇团队为活细胞内多细胞器的成像难题带来了重大突破，他们利用新技术新方法成功实现了15种细胞结构的同时成像。该方法打破了传统多色成像的通道数量上限，为测绘活细胞内多种亚细胞器互作图谱提供有力工具。相关研究成果日前发表于《自然·通讯》。

“细胞是生命活动的基本单位，其内部包含众多细胞器，这些细胞器相互协作，共同维持细胞的正常功能。然而，由于细胞器的尺寸微小、动态变化迅速且种类繁多，对活细胞内细胞器的实时成像一直是科学界面临的难题。”席鹏告诉记者，荧光染色是研究细胞器的重要工具，并多次获得诺贝尔奖。与此同时，传统的特异性荧光标记技术虽能对三四种细胞器进行成像，但随着标记数目的增加，容易出现光谱串扰和标记不上等问题，严重阻碍了多细胞器互作的研究进程。

为破解这一难题，研究团队采用“反其道而行之”的全新策略，即利用通用脂质染料（如尼罗红）标记多达15种膜细胞器，结合光谱比率成像提取细胞器的“光学指纹”，并通过深度学习网络实现高精度分割与多色成像。“与传统的图像分割相比，基于深度学习的方法不仅速度快、准确度高，还具有很强的稳定性和可重复性。通过对大量图像数据的训练，研究团队训练的一组深度卷积神经网络（DCNN）能够自动识别细胞器的特征，从而实现对细胞器的快速分割和多路复用成像。”

“这一方法突破了传统荧光成像的技术瓶颈，显著提高了成像速度与通量，为活细胞器互作研究提供了全新工具。”席鹏表示，这一成果的出现，标志着活细胞多细胞器成像技术迈入新阶段。它不仅为细胞生物学研究提供了新的视角和工具，也为理解细胞器在健康和疾病中的作用提供了新的可能性。随着该技术的进一步发展和应用，科学家将有望更深入地探索细胞的奥秘，为医学研究和疾病治疗带来新希望。