記者從清華大學(xué)獲悉:9月13日,清華大學(xué)自動化系教授、中國工程院院士戴瓊海團隊在國際頂尖期刊《細胞》(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間的多尺度成像能力,填補了當(dāng)前國際范圍內(nèi)對哺乳動物介觀尺度活體三維觀測的空白,為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機理提供了新的“殺手锏”,使我國生命科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家能夠率先使用我國自主高端儀器設(shè)備來解決重大基礎(chǔ)研究問題。
研究團隊介紹,在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時,該儀器能以20Hz的高速三維成像速度實現(xiàn)長達數(shù)十小時的連續(xù)低光毒性觀測。相比當(dāng)前市場上最先進的商業(yè)化熒光顯微鏡,該儀器在同樣分辨率下的成像視場面積提升近百倍,三維成像速度提升數(shù)十倍,有效觀測時長提升上百倍。這一前所未有的跨空間和時間的多尺度成像能力,為復(fù)雜生物過程研究提供了全新視角。區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡聚焦于單個細胞內(nèi)的物質(zhì)交互過程,該儀器使得研究人員可以首次以全景方式動態(tài)觀測哺乳動物器官尺度細胞精度的組織異質(zhì)性,在活體組織中原位研究大規(guī)模多樣化細胞在完整生理與病理過程中的動態(tài)交互行為。
目前,研究團隊利用RUSH3D系統(tǒng)在腦科學(xué)、免疫學(xué)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)等多學(xué)科產(chǎn)出一系列成果。例如,首次在活體小鼠上以單細胞分辨率實現(xiàn)了覆蓋大腦皮層2/3層的高速長時程三維觀測,捕捉了多感官刺激下皮層各腦區(qū)的各異性響應(yīng)模式,能夠連續(xù)多天以單神經(jīng)元精度追蹤大規(guī)模神經(jīng)響應(yīng);首次觀測到急性腦損傷后多腦區(qū)的免疫反應(yīng),發(fā)現(xiàn)大量中性粒細胞從非血管區(qū)域往腦內(nèi)的遷移與回流過程;首次在小鼠免疫反應(yīng)過程中同時觀測到了淋巴結(jié)內(nèi)多個生發(fā)中心的形成過程,以及T細胞在不同生發(fā)中心之間的遷移現(xiàn)象。
“這些初步實驗僅是RUSH3D應(yīng)用的冰山一角,展示了其為神經(jīng)科學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域前沿研究所帶來的廣闊應(yīng)用前景。”研究團隊負責(zé)人表示,該儀器的研制與產(chǎn)業(yè)化填補了對復(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)域持續(xù)引領(lǐng)國際發(fā)展,極大提升了我國高端科研儀器的研究和應(yīng)用水平,為人類探索生命奧秘打開了新的維度。
成果的取得,離不開“十年磨一劍”的努力。
記者獲悉,戴瓊海團隊自2013年起率先開展介觀活體顯微成像領(lǐng)域研究,2018年成功研制出當(dāng)時全球視場最大、數(shù)據(jù)通量最高的顯微儀器——高分辨光場智能成像顯微儀器RUSH。
此后6年間,戴瓊海院士帶領(lǐng)成像與智能技術(shù)實驗室,瞄準活體介觀顯微成像高峰,持續(xù)攻關(guān)國際前沿難題,先后提出掃描光場成像原理、數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)架構(gòu)、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場架構(gòu)、自監(jiān)督去噪算法等關(guān)鍵理論與技術(shù),逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘,為新一代介觀活體顯微儀器奠定了基礎(chǔ)。
目前,在成果轉(zhuǎn)化方面,團隊系列研究成果已支撐多家國內(nèi)高水平科研機構(gòu)在腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、腦科學(xué)等不同領(lǐng)域開展了20余項創(chuàng)新性生命科學(xué)研究,服務(wù)于生物制藥領(lǐng)域。
記者從清華大學(xué)獲悉:9月13日,清華大學(xué)自動化系教授、中國工程院院士戴瓊海團隊在國際頂尖期刊《細胞》(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間的多尺度成像能力,填補了當(dāng)前國際范圍內(nèi)對哺乳動物介觀尺度活體三維觀測的空白,為揭示神經(jīng)、腫瘤、免疫新現(xiàn)象和新機理提供了新的“殺手锏”,使我國生命科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家能夠率先使用我國自主高端儀器設(shè)備來解決重大基礎(chǔ)研究問題。
研究團隊介紹,在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時,該儀器能以20Hz的高速三維成像速度實現(xiàn)長達數(shù)十小時的連續(xù)低光毒性觀測。相比當(dāng)前市場上最先進的商業(yè)化熒光顯微鏡,該儀器在同樣分辨率下的成像視場面積提升近百倍,三維成像速度提升數(shù)十倍,有效觀測時長提升上百倍。這一前所未有的跨空間和時間的多尺度成像能力,為復(fù)雜生物過程研究提供了全新視角。區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡聚焦于單個細胞內(nèi)的物質(zhì)交互過程,該儀器使得研究人員可以首次以全景方式動態(tài)觀測哺乳動物器官尺度細胞精度的組織異質(zhì)性,在活體組織中原位研究大規(guī)模多樣化細胞在完整生理與病理過程中的動態(tài)交互行為。
目前,研究團隊利用RUSH3D系統(tǒng)在腦科學(xué)、免疫學(xué)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)等多學(xué)科產(chǎn)出一系列成果。例如,首次在活體小鼠上以單細胞分辨率實現(xiàn)了覆蓋大腦皮層2/3層的高速長時程三維觀測,捕捉了多感官刺激下皮層各腦區(qū)的各異性響應(yīng)模式,能夠連續(xù)多天以單神經(jīng)元精度追蹤大規(guī)模神經(jīng)響應(yīng);首次觀測到急性腦損傷后多腦區(qū)的免疫反應(yīng),發(fā)現(xiàn)大量中性粒細胞從非血管區(qū)域往腦內(nèi)的遷移與回流過程;首次在小鼠免疫反應(yīng)過程中同時觀測到了淋巴結(jié)內(nèi)多個生發(fā)中心的形成過程,以及T細胞在不同生發(fā)中心之間的遷移現(xiàn)象。
“這些初步實驗僅是RUSH3D應(yīng)用的冰山一角,展示了其為神經(jīng)科學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域前沿研究所帶來的廣闊應(yīng)用前景。”研究團隊負責(zé)人表示,該儀器的研制與產(chǎn)業(yè)化填補了對復(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)域持續(xù)引領(lǐng)國際發(fā)展,極大提升了我國高端科研儀器的研究和應(yīng)用水平,為人類探索生命奧秘打開了新的維度。
成果的取得,離不開“十年磨一劍”的努力。
記者獲悉,戴瓊海團隊自2013年起率先開展介觀活體顯微成像領(lǐng)域研究,2018年成功研制出當(dāng)時全球視場最大、數(shù)據(jù)通量最高的顯微儀器——高分辨光場智能成像顯微儀器RUSH。
此后6年間,戴瓊海院士帶領(lǐng)成像與智能技術(shù)實驗室,瞄準活體介觀顯微成像高峰,持續(xù)攻關(guān)國際前沿難題,先后提出掃描光場成像原理、數(shù)字自適應(yīng)光學(xué)架構(gòu)、虛擬掃描算法、共聚焦掃描光場架構(gòu)、自監(jiān)督去噪算法等關(guān)鍵理論與技術(shù),逐一解決了介觀活體顯微成像中一系列壁壘,為新一代介觀活體顯微儀器奠定了基礎(chǔ)。
目前,在成果轉(zhuǎn)化方面,團隊系列研究成果已支撐多家國內(nèi)高水平科研機構(gòu)在腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、腦科學(xué)等不同領(lǐng)域開展了20余項創(chuàng)新性生命科學(xué)研究,服務(wù)于生物制藥領(lǐng)域。
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