蔡司：高清、无损、实时的活细胞动态成像体验

　　蔡司晶格层光显微成像系统Lattice Lightsheet 7(以下简称蔡司Lattice Lightsheet 7)在2020年首次亮相科研仪器界，成为生命研究显微镜技术发展一个重要的里程碑。

　　生物学家终于可在更长的时间内以更低的光毒性观察亚细胞生物过程——经历8年的技术打磨，蔡司将先进的成像技术融入到易于使用的倒置成像设备当中。

　　近几年来，世界各地的研究专家小组在实践中测试并获取初步成果，敬献此文与大家分享蔡司Lattice Lightsheet 7令人印象深刻的发现：

　　小鼠胚胎发育过程中的基因表达特征

　　▲第3.5天的固定小鼠胚胎，其直径为60μm. 右图Spinning Disk：样品进行gamma-H2AX染色和EdU标记复制DNA;左图Lattice Lightsheet 7: 样品进行gamma-H2AX染色和DRAQ5标记DNA，成像体积：230µm x 124µm x 94µm.

　　胚胎发育涉及到两个关键的细胞命运决定，了解胚胎细胞如何在分子水平上限制其早期发育潜力并促进特定的细胞定型，有助于为癌症可塑性提供关键见解。而体积成像分析为胚胎发育的分子机制提供更有力的证据。

　　成像挑战

　　该阶段的胚胎对生长环境、结构完整性以及光毒性变化非常敏感;为防止发育表型异常变化，胚胎不能强制靠在盖玻片上。在快速且低光毒性的成像上，以前唯一可选的是转盘共聚焦显微镜，然而这种方式虽能满足对低光毒性和速度的需求，但随着胚胎成像深度的增加，信号强度急剧下降，通常仅能对样品深度的一半进行成像。

　　解决方案

　　蔡司Lattice Lightsheet 7 能以所需的速度对整个胚胎进行深度成像并将信号强度损失降到最低，几乎无光毒性，无任何运动伪影。此外，获得几乎各向同性的分辨率，更准确地展示胚胎细胞中基因表达特征。

　　人类多能干细胞集落

　　人类多能干细胞是研究细胞分化最具价值的工具，它们无限再生，也可分化成身体内其他细胞类型，因此它们有望取代受损或患病的细胞，成为一种前沿性的再生医学工具。

　　成像挑战

　　共聚焦显微镜在高时间分辨率条件下仍会带来光漂白和光毒性问题，给数据收集造成困难。

　　解决方案

　　蔡司 Lattice Lightsheet 7轻松实现三维球体的体积成像，以追踪细胞分裂和重排。hPSC集落在细胞外基质的作用下折叠成中空的三维球体，折叠过程可通过紧密连接的报告基因来观察。

　　作者寄语

　　我们对该仪器在不到5min的时间尺度上捕捉细胞动态运动的能力感到惊喜。我们感谢蔡司给予机会使用他们的最新技术对样品进行成像。

　　培养在树脂上的神经元轴突生长锥

　　▲在200µm厚度具有网格结构的环烯烃聚合物(COP)上培养和生长的小鼠皮层神经元。神经元用mScarlet(胞质溶胶)和Lyn-tailed EGFP(质膜)标记。成像体积：78µm x 44µm x 22µm，5分钟21个体积。

　　轴突生长锥能感知环境并决定神经元的生长方向。研究神经元的动态运动，能更深入了解神经学和神经退行性疾病中的神经发育以及功能障碍。

　　成像挑战

　　生长锥对光极为敏感，当暴露在过多激光下会开始收缩;同时COP底部厚度过厚，其网格结构的折射率(1.53)与玻璃的折射率(1.52)不匹配，在传统共聚焦成像下形成双重伪影，导致图像模糊。

　　解决方案

　　蔡司 Lattice Lightsheet 7的温和性是研究4D发育神经元动态运动的合适工具，具有高时空分辨率，样品不受过多的光干扰;同时通过调整Lattice Lightsheet 7自由波前校正的核心光学器件，有效校正折射率，去除双重伪影。

　　观察有丝分裂事件中的亚细胞细节

　　▲HeLa细胞表达LifeAct-GFP标记的肌动蛋白(绿色)和Tom20-mCherry标记的线粒体(蓝色)。5个视野，成像体积：75µm x 120µm x 16µm，12小时记录73个体积。

　　线粒体在细胞中的定位是由肌动蛋白细胞骨架介导的。通过在增殖细胞中观察线粒体和细胞骨架之间的相互作用，了解控制这一过程的分子机制。

　　成像挑战

　　有丝分裂期的细胞对光敏感，使用共聚焦显微镜时，肉眼可见对样品产生光毒性。

　　解决方案

　　蔡司 Lattice Lightsheet 7以亚细胞级分辨率对细胞进行12小时成像，即使在经历有丝分裂事件时，也能温和地对肌动蛋白和单个线粒体完成成像。

　　靶向黑色素瘤细胞的细胞毒性T细胞

　　▲细胞毒性T淋巴细胞与小鼠黑色素瘤靶细胞的相互作用。淋巴细胞用CellVue Maroon染色，靶细胞表达F-肌动蛋白报告基因F-tractin-EGFP。3个视野，成像体积：300µm x 130µm x 16µm，每3分钟一个体积，拍摄2小时15分钟。

　　细胞毒性T淋巴细胞是参与免疫过程，识别病毒或者肿瘤细胞并做出特异性应答的免疫细胞。了解T细胞如何识别和杀死癌症细胞行为对优化免疫疗法的效果至关重要。

　　成像挑战

　　三维空间上的T细胞免疫行为需要合适的空间分辨率和时间分辨率来记录该过程，且细胞对光敏感度较高。

　　解决方案

　　蔡司Lattice Lightsheet 7实时捕捉T细胞。具有近各向同性分辨率观察细胞相互作用，快速、温和地体积成像使其成为研究T细胞行为和功能的合适工具。

　　针对温和的低光漂白样品、稀有事件的快速追踪、长时间稳定的亚细胞级成像，四维体成像等需求，蔡司Lattice Lightsheet 7在无需特殊制样、易于使用的同时提供新的成像解决途径;不论过去还是将来，蔡司期待借助优质的技术与更多的科研工作者携手共进，从样本制备、显微成像到图像分析，提供一站式解决方案，为科研赋能，解决成像难题，将“不可能”变成“眼见为实”。