顯微鏡技術(shù)對細(xì)胞的貢獻(xiàn)

細(xì)胞很小，卻非常重要，因?yàn)榧?xì)胞是生命活動的基本單元。除了少數(shù)的受精卵、卵子等，絕大多數(shù)的細(xì)胞不能通過肉眼觀察到。因此，要研究細(xì)胞，顯微鏡是必須的。有意思的是，在整個(gè)生命科學(xué)史中，顯微鏡幾乎是最有爭議的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，從17世紀(jì)發(fā)明，經(jīng)歷了一百多年，直到19世紀(jì)才逐漸被主流學(xué)者接受。為什么當(dāng)時(shí)的主流學(xué)者不認(rèn)可顯微鏡？因?yàn)槟菚r(shí)還沒有理論可以解釋顯微鏡的觀察結(jié)果，直到“細(xì)胞學(xué)說”提出之后。所以當(dāng)時(shí)的學(xué)者普遍不相信顯微鏡的觀測結(jié)果，并直斥其為異端。因此生命科學(xué)史一個(gè)有意思的事情是，19世紀(jì)初的顯微技術(shù)，還不如17世紀(jì)做的好。

德國著名物理學(xué)家和其領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)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(xì)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(xué)家開始研究大腦，他們希望能夠更好地觀察腦內(nèi)活動。研究人員之前只能在電子顯微鏡下觀察死亡的細(xì)胞，但他們從來沒有能夠在高分辨率的設(shè)備下微觀地觀察一個(gè)活的動物的腦細(xì)胞在內(nèi)部運(yùn)作的狀態(tài)?，F(xiàn)在，由于著名物理學(xué)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(gè)夢想得以實(shí)現(xiàn)。赫爾和他的團(tuán)隊(duì)近日在《科學(xué)》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(fèi)多年時(shí)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，他們切掉了一只老鼠的頭骨的一小部分，然后用一個(gè)玻璃窗取代，然后利用STED顯微鏡對玻璃窗內(nèi)的情況進(jìn)行觀察，使這一研究發(fā)展到一個(gè)全新的水平，使科學(xué)家更容易地看到大腦內(nèi)的微觀環(huán)境。該研究團(tuán)隊(duì)首次從基因方面改造小鼠，使某些腦細(xì)胞發(fā)熒光。然后重點(diǎn)研究發(fā)熒光的細(xì)胞，他們在STED顯微鏡上增加了軟件，完全清除不亮的部分。結(jié)果顯示，存在于一個(gè)活生生的老鼠大腦外部部分的神經(jīng)元的超高分辨率實(shí)時(shí)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(xué)家看到樹突棘（dendritic spines）的實(shí)際運(yùn)動，這可能有助于研究人員理解它們的運(yùn)動機(jī)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(gè)突出的領(lǐng)域，幾乎肯定會涉及到作用于突觸內(nèi)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(xué)突破的一個(gè)缺點(diǎn)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(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始考慮進(jìn)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(xì)胞，而不只是表面上的腦細(xì)胞。