大家都知道，細胞是人體結構和生理功能的基本單位。但你知道，我們的細胞都長什麼樣子嗎？微觀中蘊藏無限，果殼中亦有宇宙。
今天，小北就帶你認識“最熟悉的陌生人”——細胞。“細胞地圖”，請查收！
細胞，是一個微觀世界
功能完備，奧妙無限
針對細胞內各個細胞器
相互作用的深入研究
是認識細胞功能的重要途徑
也有助於人類瞭解各種疾病根源
北京大學席鵬教授課題組
與合作者合力打造
光學多維度·超分辨 “街景地圖”
首次實現細胞內
10種亞細胞器膜同時成像
並分析了它們的脂質動力學
呈現出了細胞器相互作用的動態
SPOT監測到細胞分裂過程中脂膜的動態改變
01 “見微知著”
為細胞打造街景地圖
北京大學工學院席鵬教授研究團隊聯合南方科技大學金大勇教授團隊成功開發了光譜偏振光學斷層成像技術（SPOT），結合親脂探針，從光強、光譜和偏振三個光學維度分別解析脂膜的形態、極性和相位，首次實現了細胞內10種亞細胞器膜的同時成像並對其脂質動力學進行了分析。這一工作發表在Nature Communications期刊。
相比於現有的其他熒光成像技術，這次自主研發的SPOT技術利用六張原始影象即可獲得熒光強度、光譜和偏振多個維度資訊，成像速度快，可實時觀測亞細胞器的動態變化。該技術良好的光學層切能力同時提高了偏振探測精度和光譜探測精度，首次利用光學成像技術得到亞細胞器內部的脂質異質性動態，對脂質極性和位相進行量化觀察。
SPOT實現亞細胞器脂膜異質性分析
利用SPOT技術，席鵬教授研究團隊發現了線粒體內脊和外膜的脂質異質性以及內吞體在成熟過程中脂質成分的改變。透過實時監測，研究人員捕捉到了細胞分裂過程中細胞膜異質性的動態改變，以及TNT形成過程，和線粒體脊消失過程中脂質成分的動態改變。
線粒體嵴消失過程中脂膜的動態變化
傳統熒光顯微鏡受限於標記方法，最多隻可進行四種細胞器的同時成像。SPOT突破了傳統光學成像維度限制，從三維空間、時間、偏振和光譜六個維度實現高時空解析度的活細胞成像。透過膜形態、脂質極性和脂質相的協同作用可以對十種亞細胞器同時成像和分類，將為脂質組學和細胞器互作研究再添利器。
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02 “撥雲見日”
越研究越喜歡的追光者
打造“細胞街景”的領銜科學家席鵬教授，是北京大學未來技術學院生物醫學工程系副主任，特聘研究員，博士生導師。席鵬教授多次在國家重大科學儀器裝置開發專項，科技部重點研發計劃等專案中擔任課題負責人。
超分辨顯微成像，生物醫學光子學，新型顯微技術是席鵬教授的主要研究領域，從本科就開始學習光學的他認為光學是“容易讓人著迷”，他曾經這樣描述：“光學是看得見摸得著的東西，越研究就會越喜歡。”越深入鑽研，越給予他“柳暗花明又一村”的新感覺。
席鵬教授在研究室
在教學方面，席鵬教授相信教學相長，“費曼就曾經說過，‘想要真正弄懂一個問題，最簡單的方式就是把它教給別人。’透過費曼學習法，我逐漸能夠將深奧的道理以淺顯的形式講出來，從而啟發學生觸類旁通；而透過與學生交流互動，我也能進一步收穫到更多新的思想。”席鵬教授每週都會有獨立的時間來研讀一些新的論文；同時，跟學生們討論如何將論文其中的觀點消化吸收，和技術產生共鳴，形成解決某個問題的奇思妙想，“這些是我從中源源不斷的尋找到樂趣的原因”。
03 “清快深活”
探索光學世界的科研密碼
席鵬教授團隊的多種超分辨新技術研究為超分辨顯微成像領域帶來了技術革新與突破，開展的一系列原創性工作發表在Nature等世界頂級期刊，並受到業界廣泛關注和深入報道。
除了“細胞街景”，席鵬教授團隊還在國際上首次提出利用反射-干涉增強STED的解析度、首次提出利用貝塞爾-高斯光束結合的STED、利用逆複用多色量子點實現了高速、高標記密度的超分辨、利用多焦共聚焦實現了三維超分辨、合作開發了適合超分辨的單體熒光蛋白等。
超分辨所要解決的是由於光的波動特性帶來的點擴充套件函式相互重疊的問題。席鵬教授團隊一直在尋找某一種方法，可以從另一個物理維度將熒光分子區分開來。
2014年，席鵬教授關注到Nature Methods上的一篇文章，透過熒光偶極子的激發調製加上稀疏反捲積實現了超分辨。這篇文章引發了學術界的一些爭論，有學者認為偏振帶來的額外資訊對於超分辨是可有可無的。原文的作者對此進行了回覆，指出偏振調製在樣品中廣泛存在，一定能夠帶來“額外的資訊”。當時，席鵬教授團隊一直在深耕這個領域，其開發Super-resolution Dipole orientation mapping (SDOM)技術，完美地回答了這一學術爭論，為超分辨提供了一種全新的維度，因此Nature Methods特別發表了Research Highlight來介紹這一學界關注的問題，以及席鵬教授團隊的解決方案。
這些成果的的取得，離不開席鵬教授追根溯源、孜孜以求的探索與創新精神。“成像技術的發展不外乎四個詞：清（晰）、快（速）、深（層）、活（體）。它們的關係有兩方面，一個是空間上的從小到大（清晰-深層），一個是時間上的從小到大（快速-活體）。”
“清快深活”，是席鵬教授一直秉持的學術精神與“科研密碼”。
“清快深活”
“希望我們所有光學成像的研究者，在科研上能做到‘清快深活’，在生活上能做到‘輕快生活’。”席鵬教授與許多北大學者一樣，上下求索，步履不停，面向未來，永遠“追光”。
來源：北京大學工學院
圖片：受訪者提供
編輯：隋雪純
排版：白雨琪
責編：王嗖嗖、浦海蕊
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