走！北大教授带你去细胞里逛一逛

大家都知道，细胞是人体结构和生理功能的基本单位。但你知道，我们的细胞都长什么样子吗？微观中蕴藏无限，果壳中亦有宇宙。

今天，小北就带你认识“最熟悉的陌生人”——细胞。“细胞地图”，请查收！

细胞，是一个微观世界

功能完备，奥妙无限

针对细胞内各个细胞器

相互作用的深入研究

是认识细胞功能的重要途径

也有助于人类了解各种疾病根源

北京大学席鹏教授课题组

与合作者合力打造

光学多维度·超分辨 “街景地图”

首次实现细胞内

10种亚细胞器膜同时成像

并分析了它们的脂质动力学

呈现出了细胞器相互作用的动态

SPOT监测到细胞分裂过程中脂膜的动态改变

01

“见微知著”

为细胞打造街景地图

北京大学工学院席鹏教授研究团队联合南方科技大学金大勇教授团队成功开发了光谱偏振光学断层成像技术（SPOT），结合亲脂探针，从光强、光谱和偏振三个光学维度分别解析脂膜的形态、极性和相位，首次实现了细胞内10种亚细胞器膜的同时成像并对其脂质动力学进行了分析。这一工作发表在Nature Communications期刊。

相比于现有的其他荧光成像技术，这次自主研发的SPOT技术利用六张原始图像即可获得荧光强度、光谱和偏振多个维度信息，成像速度快，可实时观测亚细胞器的动态变化。该技术良好的光学层切能力同时提高了偏振探测精度和光谱探测精度，首次利用光学成像技术得到亚细胞器内部的脂质异质性动态，对脂质极性和位相进行量化观察。

SPOT实现亚细胞器脂膜异质性分析

利用SPOT技术，席鹏教授研究团队发现了线粒体内脊和外膜的脂质异质性以及内吞体在成熟过程中脂质成分的改变。通过实时监测，研究人员捕捉到了细胞分裂过程中细胞膜异质性的动态改变，以及TNT形成过程，和线粒体脊消失过程中脂质成分的动态改变。

线粒体嵴消失过程中脂膜的动态变化

传统荧光显微镜受限于标记方法，最多只可进行四种细胞器的同时成像。SPOT突破了传统光学成像维度限制，从三维空间、时间、偏振和光谱六个维度实现高时空分辨率的活细胞成像。通过膜形态、脂质极性和脂质相的协同作用可以对十种亚细胞器同时成像和分类，将为脂质组学和细胞器互作研究再添利器。

文章网页截图，点击文末阅读原文可查阅文章

02

“拨云见日”

越研究越喜欢的追光者

打造“细胞街景”的领衔科学家席鹏教授，是北京大学未来技术学院生物医学工程系副主任，特聘研究员，博士生导师。席鹏教授多次在国家重大科学仪器设备开发专项，科技部重点研发计划等项目中担任课题负责人。

超分辨显微成像，生物医学光子学，新型显微技术是席鹏教授的主要研究领域，从本科就开始学习光学的他认为光学是“容易让人着迷”，他曾经这样描述：“光学是看得见摸得着的东西，越研究就会越喜欢。”越深入钻研，越给予他“柳暗花明又一村”的新感觉。

席鹏教授在研究室

在教学方面，席鹏教授相信教学相长，“费曼就曾经说过，‘想要真正弄懂一个问题，最简单的方式就是把它教给别人。’通过费曼学习法，我逐渐能够将深奥的道理以浅显的形式讲出来，从而启发学生触类旁通；而通过与学生交流互动，我也能进一步收获到更多新的思想。”席鹏教授每周都会有独立的时间来研读一些新的论文；同时，跟学生们讨论如何将论文其中的观点消化吸收，和技术产生共鸣，形成解决某个问题的奇思妙想，“这些是我从中源源不断的寻找到乐趣的原因”。

03

“清快深活”

探索光学世界的科研密码

席鹏教授团队的多种超分辨新技术研究为超分辨显微成像领域带来了技术革新与突破，开展的一系列原创性工作发表在Nature等世界顶级期刊，并受到业界广泛关注和深入报道。

除了“细胞街景”，席鹏教授团队还在国际上首次提出利用反射-干涉增强STED的分辨率、首次提出利用贝塞尔-高斯光束结合的STED、利用逆复用多色量子点实现了高速、高标记密度的超分辨、利用多焦共聚焦实现了三维超分辨、合作开发了适合超分辨的单体荧光蛋白等。

超分辨所要解决的是由于光的波动特性带来的点扩展函数相互重叠的问题。席鹏教授团队一直在寻找某一种方法，可以从另一个物理维度将荧光分子区分开来。

2014年，席鹏教授关注到Nature Methods上的一篇文章，通过荧光偶极子的激发调制加上稀疏反卷积实现了超分辨。这篇文章引发了学术界的一些争论，有学者认为偏振带来的额外信息对于超分辨是可有可无的。原文的作者对此进行了回复，指出偏振调制在样品中广泛存在，一定能够带来“额外的信息”。当时，席鹏教授团队一直在深耕这个领域，其开发Super-resolution Dipole orientation mapping (SDOM)技术，完美地回答了这一学术争论，为超分辨提供了一种全新的维度，因此Nature Methods特别发表了Research Highlight来介绍这一学界关注的问题，以及席鹏教授团队的解决方案。

这些成果的的取得，离不开席鹏教授追根溯源、孜孜以求的探索与创新精神。“成像技术的发展不外乎四个词：清（晰）、快（速）、深（层）、活（体）。它们的关系有两方面，一个是空间上的从小到大（清晰-深层），一个是时间上的从小到大（快速-活体）。”

“清快深活”，是席鹏教授一直秉持的学术精神与“科研密码”。

“清快深活”

“希望我们所有光学成像的研究者，在科研上能做到‘清快深活’，在生活上能做到‘轻快生活’。”席鹏教授与许多北大学者一样，上下求索，步履不停，面向未来，永远“追光”。

来源：北京大学工学院

图片：受访者提供

编辑：隋雪纯

排版：白雨琪

责编：王嗖嗖、浦海蕊

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