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华中科技大学团队在《科学》发表小鼠全脑高分辨率图谱:显微光学切片层析成像技术的突破

2010-11-08 00:00 骆清铭教授团队 华中科技大学武汉光电国家实验室 阅读 0
核心摘要: 华中科技大学的研究团队在《科学》杂志上发表了利用显微光学切片层析成像技术获取小鼠全脑高分辨率三维结构图谱的研究成果,为神经科学和脑疾病研究提供了新工具,推动相关领域的发展。

来自华中科技大学武汉光电国家实验室Britton Chance生物医学光子学研究中心的骆清铭教授团队,在《科学》(Science)杂志上发表了重要研究成果:利用自主研发的显微光学切片层析成像(Micro-Optical Sectioning Tomography, MOST)技术,成功获取了小鼠全脑的高分辨率三维结构图谱。这一成果为神经科学研究提供了前所未有的工具,有望推动脑连接组学和脑疾病研究的进展。

显微光学切片层析成像技术是一种结合了组织切片和光学成像的新方法,能够对厘米大小的样本进行微米级分辨率的连续成像。研究团队利用该技术,对经过高尔基染色的完整小鼠大脑进行了连续242小时的数据采集,共获得15380层像素分辨率为0.3×0.3微米的冠状断面图像,最终构建了总数据量达8TB的全脑图谱。该图谱能够清晰分辨神经突起的轨迹、神经元的形态和空间位置,是目前分辨率最高的鼠脑突起结构数据集。

神经解剖学是理解大脑功能和神经疾病的基础,但现有成像工具难以在中尺度水平上对全脑神经环路进行成像。光学成像方法虽具有高时空分辨率,但传统技术受限于成像深度和速度。MOST技术通过自动化切片和成像流程,克服了这些限制,实现了全脑范围的亚微米级三维成像。审稿人评价称,该论文内容新颖,提供了目前最大且分辨率最高的鼠脑突起结构数据集,将引起连接组学领域研究人员的浓厚兴趣。

骆清铭教授是华中科技大学首批“长江学者奖励计划”特聘教授,长期从事生物医学光子学研究,关注重大疾病(如胰腺癌、阿尔茨海默病)的早期诊断和药物研发。该研究团队此前还开发了基于单分子定位的超分辨光学成像实时处理方法(MaLiang方法),利用GPU并行计算和最大似然法,将图像分析时间从数小时缩短至秒量级,为活细胞动态过程研究提供了有力工具。

MOST系统有望应用于构建不同脑疾病小鼠模型的全脑图谱,以及血管微循环的精细结构成像。结合荧光标记技术,还可获得功能连接图谱。此外,该技术可推广至其他厘米大小的生物样本(如昆虫、胚胎、植物等)的高分辨率三维结构成像。

该论文由李安安、龚辉、张斌为共同第一作者,骆清铭教授为责任作者。研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

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