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人民網(wǎng)北京9月14日電 （記者孫競）9月13日，清華大學(xué)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。

記者了解到，觀測儀器的研制，長期受困于視場與分辨率間的固有矛盾。能“分得清”單個神經(jīng)元的傳統(tǒng)顯微鏡往往“看不全”，僅能實現(xiàn)單個平面神經(jīng)信號的動態(tài)記錄。而可以在三維全腦范圍進行觀測的功能核磁，空間分辨率卻遠遠不足以識別單細胞，介觀尺度上的技術(shù)空白限制著前沿突破。

戴瓊海院士團隊自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。與其他國家研制的儀器相比，RUSH每秒能拍到百億像素，是國際上首個能實現(xiàn)小鼠全腦皮層范圍神經(jīng)活動高分辨率成像的儀器。

此次發(fā)布的RUSH3D，在兼具厘米級三維視場與亞細胞分辨率的同時，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。相比當前市場上最先進的商業(yè)化熒光顯微鏡，其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，光毒性降低上百倍（有效觀測時長提升百倍）。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，RUSH3D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。

在清華大學(xué)實驗室，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 攝

目前，交叉研究團隊利用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的優(yōu)勢，該系統(tǒng)還能夠同時觀察到細胞間的長距離通信，并通過長時間追蹤數(shù)百萬個細胞，揭示集體細胞行為的物理規(guī)律和功能涌現(xiàn)的機制，例如，能夠捕捉從腫瘤發(fā)生開始到免疫應(yīng)答、腫瘤生長的全過程，揭示腫瘤產(chǎn)生的完整免疫活化反應(yīng)。

研究團隊介紹，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。