近日，王亞玲研究員團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表題為“軟X射線和熒光聯(lián)合顯微成像技術(shù)及單細(xì)胞應(yīng)用”的評(píng)述文章。系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外同步輻射軟X射線與熒光聯(lián)用裝置的發(fā)展現(xiàn)狀、匹配方法、技術(shù)特點(diǎn)及其面臨挑戰(zhàn)，深入分析了該技術(shù)在細(xì)胞成像中的應(yīng)用進(jìn)展。同時(shí)，對(duì)關(guān)聯(lián)技術(shù)的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望, 旨在為基于X射線成像的細(xì)胞生物學(xué)研究提供新思路與參考。

高分辨成像技術(shù)為研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能提供了全新的工具。同步輻射軟X射線成像可以無標(biāo)記、可視化細(xì)胞及亞細(xì)胞的三維超微結(jié)構(gòu)，熒光顯微成像可以獲得細(xì)胞內(nèi)特定分子的空間定位，聯(lián)合軟X射線和熒光顯微成像技術(shù), 可以觀察同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)特定分子的三維分布和細(xì)胞三維結(jié)構(gòu), 獲得細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。這將對(duì)解析細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜生命過程，細(xì)胞信號(hào)通路以及疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制產(chǎn)生重要作用。國家納米科學(xué)中心王亞玲研究員和陳春英院士團(tuán)隊(duì)長期合作致力于大科學(xué)裝置跨尺度創(chuàng)新分析方法研究（Nature Protocols 2024, 19 (1), 30；Science China Chemistry 2024, 67 (8), 2497; ACS Nano 2024, 18 (30), 19802；ACS Central Science, 2022, 8, 1063），形成了從分子-細(xì)胞-組織-活體不同尺度納米生物分子的研究新范式。定量解析納米材料的高分辨原位、三維空間分布、細(xì)胞內(nèi)化學(xué)轉(zhuǎn)化行為，為納米生物效應(yīng)與納米醫(yī)學(xué)研究提供關(guān)鍵、前沿的分析手段。

圖1 單細(xì)胞軟X射線和熒光聯(lián)合顯微成像技術(shù)流程示意圖

圖2 全球主要軟X射線和超分辨熒光關(guān)聯(lián)成像裝置的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著第四代同步輻射光源的快速發(fā)展，X射線亮度和相干性的大幅度提升,相信這種新型關(guān)聯(lián)成像技術(shù)作為納米藥物、疫苗高通量表征的可行補(bǔ)充工具，可以適應(yīng)探索性研發(fā)和臨床前概念驗(yàn)證研究，并在中試和放大生產(chǎn)階段提供高通量質(zhì)量控制，將會(huì)極大促進(jìn)藥物研發(fā)進(jìn)程。除此之外, 該關(guān)聯(lián)成像技術(shù)可以直觀地跟蹤單細(xì)胞內(nèi)蛋白等生物分子的命運(yùn)，為心血管、腫瘤、神經(jīng)退行性等疾病的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、藥物機(jī)制解析提供強(qiáng)有力的工具。總之, 聯(lián)合成像技術(shù)可在亞細(xì)胞尺度上準(zhǔn)確定位功能分子, 實(shí)現(xiàn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的多維度關(guān)聯(lián), 為生命科學(xué)前沿研究開辟新路徑。

國家納米科學(xué)中心王亞玲研究員為本文的通訊作者，博士后黨政為本文的第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金（22422403, 22027810, 22388101）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃大科學(xué)裝置前沿研究專項(xiàng)（2022YFA1603701）資助。

文章信息

黨政, 王亞玲. 軟 X 射線和熒光聯(lián)合顯微成像技術(shù)及單細(xì)胞應(yīng)用. 科學(xué)通報(bào), 2025, doi: 10.1360/TB-2024-1388

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