顯微鏡技術對細胞的貢獻

細胞很小，卻非常重要，因為細胞是生命活動的基本單元。除了少數的受精卵、卵子等，絕大多數的細胞不能通過肉眼觀察到。因此，要研究細胞，顯微鏡是必須的。有意思的是，在整個生命科學史中，顯微鏡幾乎是最有爭議的實驗技術，從17世紀發(fā)明，經歷了一百多年，直到19世紀才逐漸被主流學者接受。為什么當時的主流學者不認可顯微鏡？因為那時還沒有理論可以解釋顯微鏡的觀察結果，直到“細胞學說”提出之后。所以當時的學者普遍不相信顯微鏡的觀測結果，并直斥其為異端。因此生命科學史一個有意思的事情是，19世紀初的顯微技術，還不如17世紀做的好。

德國著名物理學家和其領導的研究團隊最近發(fā)明了一種超高分辨率的顯微鏡，這種神奇的顯微鏡可窺探活腦細胞的活動，這一科研成果為成功研制新一代精神治療藥物鋪平了道路。

自從科學家開始研究大腦，他們希望能夠更好地觀察腦內活動。研究人員之前只能在電子顯微鏡下觀察死亡的細胞，但他們從來沒有能夠在高分辨率的設備下微觀地觀察一個活的動物的腦細胞在內部運作的狀態(tài)?，F(xiàn)在，由于著名物理學家斯特凡？赫爾（Stefan Hell ）和他在德國馬克斯？普朗克研究所的同事們的研究成果，這個夢想得以實現(xiàn)。赫爾和他的團隊近日在《科學》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述他們的這一奇妙發(fā)現(xiàn)。

赫爾和同事已花費多年時間研究超高分辨率顯微鏡，名稱為“受激發(fā)射損耗(STED)” 顯微鏡。在近日的一項實驗中，他們切掉了一只老鼠的頭骨的一小部分，然后用一個玻璃窗取代，然后利用STED顯微鏡對玻璃窗內的情況進行觀察，使這一研究發(fā)展到一個全新的水平，使科學家更容易地看到大腦內的微觀環(huán)境。該研究團隊首次從基因方面改造小鼠，使某些腦細胞發(fā)熒光。然后重點研究發(fā)熒光的細胞，他們在STED顯微鏡上增加了軟件，完全清除不亮的部分。結果顯示，存在于一個活生生的老鼠大腦外部部分的神經元的超高分辨率實時圖像。

新的顯微鏡提供清晰的圖像，分辨率下降到70納米，清晰度是普通顯微鏡的四倍，足以讓科學家看到樹突棘（dendritic spines）的實際運動，這可能有助于研究人員理解它們的運動機制。研究人員很可能將發(fā)現(xiàn)新型顯微鏡許多不同的用途。其中一個突出的領域，幾乎肯定會涉及到作用于突觸內的精神治療藥物，可能將能夠使更好地針對特定疾病的藥品的研究獲得突破。然而，任何新的科學突破的一個缺點是，許多自然趨勢都受激勵的推動，不知道接下來會發(fā)生什么。在這種情況下，赫爾和他的團隊已經開始考慮進一步的研究方法，使研究人員能夠在這種高分辨率的圖像中研究任何活腦細胞，而不只是表面上的腦細胞。