Discoverer生物型布里渊显微镜——模式生物发育力学的活体成像研究

Discoverer生物型布里渊显微镜——模式生物发育力学的活体成像研究

在发育生物学中，理解形态发生过程中细胞与组织的力学变化，是揭示胚胎发育基本规律的关键。然而，传统力学测量手段往往需要破坏性制样或物理接触，难以在活体胚胎发育过程中进行连续观察。布里渊显微镜作为一种全光学非接触力学成像技术，为发育生物学的活体力学研究提供了全新的技术路径。Discoverer™生物型布里渊显微镜已成功应用于斑马鱼、果蝇、秀丽隐杆线虫等多个经典模式生物的发育过程研究，相关成果发表于Nature Methods、Nature Photonics、Nature Communications等顶级期刊。世联博研（北京）科技有限公司是该产品的核心合作伙伴。

一、斑马鱼：从胚胎发育到组织修复的全过程追踪

斑马鱼作为发育生物学和再生医学研究最重要的模式生物之一，其透明胚胎和快速发育的特性使其成为布里渊显微镜活体成像的理想模型。

在胚胎发育研究中，研究人员对斑马鱼胚胎从囊胚期到原肠胚期的发育过程进行布里渊成像，成功捕获了胚胎发育早期力学特性的时空动态变化。

在组织修复研究中，活体斑马鱼尾部组织的布里渊显微镜成像清晰显示了肌肉、脊索空泡细胞和细胞外基质等解剖学标志的力学对比。研究人员对斑马鱼幼体脊髓损伤模型进行了追踪，发现脊髓不同区域在发育和修复过程中布里渊频移随时间变化——损伤后布里渊频移短暂下降，随后逐渐恢复。

Nature Methods发表的研究成果首次实现了对斑马鱼幼体等光敏感生物样本的高分辨率长时间观测。在斑马鱼幼体脊索区域成像中，布里渊显微镜清晰揭示了空泡化细胞、中央管和细胞外基质等结构。通过时序追踪，研究人员观察到了组织和细胞核尺度上的力学重塑过程，以及脊索发育与成熟过程中材料特性的动态变化。布里渊显微镜能够监测脊髓损伤后的修复过程，在不同时间点对损伤部位进行重复测量。

二、果蝇：原肠胚形成过程中的力学动态

果蝇是经典的模式生物之一，其胚胎发育过程高度有序、可观测。2025年发表于Nature Communications的研究中，研究人员利用线扫描布里渊显微镜，首次在三维空间中对果蝇原肠胚形成过程中胚层细胞的材料特性进行了时空动态表征。

研究发现，胚层细胞在材料特性上经历快速且空间变化的过程，且不同命运和行为的细胞表现出差异。该研究提供了首个生物体形态发生过程中材料特性演变的时空描述，为理解形态发生的力学调控提供了全新视角。研究人员表示，这种将材料特性视为发育过程中动态变量的新视角，对未来研究形态发生的力学机制具有重要意义。

三、秀丽隐杆线虫：早期胚胎发育的快速力学成像

2025年发表于Nature Photonics的研究中，研究人员利用脉冲激光受激布里渊散射显微镜，捕获了秀丽隐杆线虫胚胎从二细胞期到四细胞期的早期发育过程。研究以467×120像素的分辨率在56秒内获取了二维布里渊延时图像，帧间隔仅1.5分钟。

研究发现细胞核表现出比细胞质更低的布里渊频移，表明细胞核刚度较低。这一成果较之前的准连续波SBS显微镜快了超过两个数量级，展示了布里渊显微镜在捕捉快速发育过程中的巨大潜力。

四、从“快照”到“电影”：活体力学成像的方法学突破

在果蝇胚胎研究中，即便使用常规布里渊显微镜，一次三维扫描也可能耗时20分钟以上，难以捕捉发育过程中的快速动态变化。脉冲外差受激布里渊散射技术将成像速度提升了一个数量级，使研究人员能够在果蝇胚胎经历形态发生重塑的最活跃阶段，以高时空分辨率追踪力学动态。Nature Methods的研究进一步证实了布里渊显微镜在活体样本中获取高空间分辨率数据的潜力，以及其在不同生物系统中的广泛适用性。

特征与好处

                           特征                                                                                     好处

780 nm近红外激光，低光毒性                                                                         适合对光敏感的生物样本进行长时间活体成像

全光学非接触测量，无需标记                                                                              在胚胎原生状态下进行力学成像，不干扰发育过程

脉冲外差受激布里渊散射技术，成像速度提升一个数量级                                 可捕捉胚胎发育过程中的快速力学动态

可在不同时间点对同一活体样本进行重复测量                                                  实现发育和修复过程的时序追踪

适用于多种模式生物                                                                                          斑马鱼、果蝇、秀丽隐杆线虫等均适用

成果发表于Nature Methods、Nature Photonics、Nature Communications          方法学价值获国际顶级学术期刊认可