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Cell:可4D观察活鼠胚胎发育的新型智能显微镜问世

来源:科技部 2018-11-11 15:31





到目前为止,最清晰的活体胚胎图片来自斑马鱼和果蝇。虽然动物的种类繁多,但是胚胎的发育依然拥有相似的过程,能够分成受精、卵裂、桑葚胚、囊胚、原肠胚与器官形成等阶段。此外脊椎动物的胚胎发育过程中,各种动物共同拥有的特征会首先出现(如皮肤),之后才逐渐发展出特化的构造(如鱼鳞),而且较复杂的物种与较原始的物种之间一开始相当类似,之后才随着发育的时间而慢慢增加变异。但哺乳动物的胚胎发育过程的动态追踪,一直是个难题。以小鼠胚胎为例,哺乳动物小鼠胚胎没有果蝇和斑马鱼的透明且尺寸小,它的组织透光度较低,细胞对光敏感,难以观察;在发育的早期,小鼠胚胎的体积会猛增一个数量级,细胞的数量和位置会发生剧烈变化,难以追踪;此外,体外观察小鼠胚胎,也需要搭建一个无菌且营养充沛的环境,技术难度较大。

美国霍华德·休斯医学研究所的研究团队近日开发了一套自适应多视点单层光显微系统,追踪观察了小鼠胚胎从原肠胚到早期器官形成的全过程。该智能显微镜配备了一套跟踪胚胎位置和大小的算法,可保持小鼠胚胎聚焦在视野中并位于视野中间。利用这一成果,研究人员首次窥视了活体小鼠胚胎内部,能够观察肠道开始形成、心脏细胞开始试探性地跳动、原始器官开始形成等过程,甚至可以跟踪每个胚胎细胞,精确地指出细胞去向,了解它们开启了哪些基因,以及它们在路上遇到了哪些细胞。相关研究结果发表在10月11日的Cell期刊上。该研究团队正在制造这种智能显微镜和计算工具,并且所有成像数据都是免费和公开的。

参考资料:Katie McDole, Léo Guignard, Fernando Amat et al. In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development at the Single-Cell Level. Cell, Published Online: 11 October 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.09.031. (生物谷Bioon.com)

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