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突破光学极限 助力科研勇攀诺奖高峰

2018/1/12 11:50:05 来源:北青网

——林巴斯与诺贝尔奖的奥秘

 

2017年12月10日,举世瞩目的诺贝尔奖颁奖典礼在瑞典首都斯德哥尔摩举行。11位获奖者逐一走到布满鲜花的舞台中央,从瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫手中接过诺贝尔奖证书和金质奖章。仪式传统而肃穆,却依旧激动人心,因为这一天全球将再次见证人类在物理、化学、生物等领域的新里程碑。

 

如果将一代科学家和学者登顶诺贝尔奖的故事串联起来,便形成了一部人类科学文化的发展史。眼见为实,成像技术是发现真相的关键。许多的重大科学进展都建立在经典的成像技术之上,它们能将那些我们肉眼不可见的物品真实呈现在科学家的眼前。2017年的诺贝尔化学奖授予瑞士的雅克·杜波谢(Jacques Dubochet),美国的阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)和英国的理查德·亨德森(Richard Henderson),表彰他们在冷冻电子显微镜技术上的贡献——研究者将移动中的生物分子冷冻起来利用显微镜进行近原子分辨率的成像,把那些之前都不能观测到的活性蛋白结构细节呈现在眼前。自此生命科学及相关药物的研究迈入了新时代,或许在不久的将来我们就能看到生命复杂机制的原子级分辨率图片了。

 

一路走来,尽管生命科学的研究之路困难重重,但显微镜技术引领我们攻克了一个又一个看似“不可能”的难题,登顶科学的高峰。奥林巴斯就是这其中领先的一员,自1920年自主研发了日本第一台商用显微镜“旭号”开始,近百年来始终走在生命科学领域的最前沿,研发、设计和生产了一代又一代光学显微镜精品,为多位诺贝尔获得者的试验研究奠定了坚实的基础,推动了人类的科学发展。

 

“不可能”的任务

 

 

艾力克·贝齐格(Eric Betzig)、斯特凡·W·赫尔(Stefan W. Hell)和W·E·莫纳(W. E. Moerner)一同被瑞典皇家科学院授予2014年诺贝尔化学奖

 

当17世纪的科学家第一次通过光学显微镜来研究生物体时,见所未见的生命细节跃然呈现,打开了生物医学研究的大门。自此,光学显微镜日渐成为生物学领域最重要的工具之一。然而在19世纪末,德国物理学家恩斯特·阿贝(Ernst Abbe) 发现了光学显微技术中“无法逾越”的天堑——光学显微镜分辨率的极限,大约是可见光波长的一半,即200nm(纳米)。一些更微观的细节都无法被观测到,这一难题深深地困扰着生物学家们。

而在数百年后的今天,超分辨率荧光显微镜的研发攻克了这一难题。美国科学家艾力克·贝齐格(Eric Betzig)使用可满足在分子水平观察的要求、全内反射、超高分辨率、数值孔径NA值达到1.7的奥林巴斯物镜,成功突破了这一“极限”。科学家通过激光束激活荧光分子,在荧光分子发光的时候通过特别手段消除或过滤掉多余荧光获得比“极限”更精确的成像,观测到生物细胞内单个分子的空间分布,以及分子如何在脑神经细胞之间建立突触。有人说,这仿佛是在向上帝借眼睛,自此科学家可以对帕金森氏、阿尔茨海默氏症和亨廷顿氏疾病患者体内蛋白质的聚集进行观察,还可以观测到受精卵内分裂成胚胎时蛋白质的状况。2014年,致力于此的三位物理学家艾力克·贝齐格(Eric Betzig)、斯特凡·W·赫尔(Stefan W. Hell)和W·E·莫纳(W. E. Moerner)一同被瑞典皇家科学院授予2014年诺贝尔化学奖,表彰他们将显微技术带入“纳米”时代的卓越贡献。

被“吞噬”记忆

 

  多年投身于细胞自噬机制研究的东京工业大学名誉教授大隅良典被授予2016年诺贝尔生理学或医学奖

电影《恋恋笔记本》曾有这样一个令人印象深刻的场景:夕阳西下,年迈的丈夫在阳光明媚的院子里为罹患阿尔茨海默症的妻子一遍遍讲述他们相伴一生的过往,然而在记忆已被疾病吞噬的妻子看来,多年彼此深爱的经历竟成了别人的故事。世界上没有时光倒流的魔法,但在并不遥远的未来这样为人类带来痛苦的阿尔茨海默症也许可以应用细胞自噬的原理来防治。

理解细胞自噬以及程序性细胞死亡对于认识衰老、分化及发育、免疫及清除微生物、肿瘤等疾病的病理生理过程有重要意义。卡罗琳医学院曾表示“尽管细胞自噬的概念为人所知已超过50年,但是只有在东京工业大学名誉教授大隅良典在20世纪90年代改变范式的研究后,其在生理学和医学中的根本重要性才得到承认”。 “自噬”的意思是“将自己吃掉”,通俗地说,细胞可以通过降解自身的非必需成分来提供营养和能量,也可以降解一些毒性成分以阻止细胞损伤和凋亡。但这样的机制也会被癌症或其他病变细胞所利用,通过部分自噬装作“正常”状态躲避肌体免疫系统的发现和攻击。数十年前,大隅良典使用奥林巴斯显微镜(IX71、IX81和FV1000)和150倍TIRF专用物镜,首次观察到酿酒酵母细胞的自噬过程。在大量实验中,他发现了对细胞自噬机制具有决定性意义的基因。基于这一研究成果,他随后又阐明了自噬机制的原理,并证明人类细胞也拥有相同的自噬机制。2016年,多年投身于细胞自噬机制研究的大隅良典被授予诺贝尔生理学或医学奖,自此人类可以更好地了解细胞如何实现自身的循环利用、如何适应饥饿或应对感染等,并可以通过干扰自噬过程实现对癌症和神经系统疾病等的治疗,无数的家庭或将因为这一发现而重获幸福。

科研人员的翅膀

 

  奥林巴斯为现代科学研究量身定做的新一代激光扫描共聚焦显微镜FLUOVIEW FV3000

曾以为所见即所在,直到有了显微镜的世界,我们才能渐渐走近生命的真相。奥林巴斯在光学技术上不断突破创新,推出了各种更加智能先进的正置、倒置、体式、激光共聚焦显微镜等产品,以全面的产品系列为各类不同的研究提供了强大支持,成为了科研人员的“梦想之翼”。FSX100活细胞荧光显微镜以“卓越的图像”“超简单的操作”和“良好人机工程”为核心理念,化繁为简,使研究者可以轻松获得稳定精准的显微图像;全球首台全内置式激光扫描共聚焦显微镜FV10i通过全内置一体化的设计,获得了紧凑的结构和具有高度稳定性的系统;最新的激光共聚焦显微镜FV3000凭借其无可匹敌的“高灵敏度、高速、高分辨率成像能力”,追踪、捕捉高速变化的活细胞、组织、动物的动态,提供从活细胞成像到图像处理分析的全套解决方案,助力研究人员更加从容地对抗细胞生物学、肿瘤研究和干细胞研究等前沿科学中不断出现的挑战。

数十年来,奥林巴斯不仅为研究人员的研发工作提供了可靠支持,还为推动显微成像技术的快速发展、提升科研人员的显微镜操作水平而不懈努力。奥林巴斯在上海张江设立了医疗技术培训中心(C-TEC),并设有专门的显微镜室,陈列从初级到高端的全品类样机。每年奥林巴斯都会为用户、企业新人和代理商组织参观和学习活动。此外,C-TEC培训中心在每年年初会为已经购买的用户或尚未购买的潜在用户举办光学显微相关培训,并提供与本土科研机构、学术团体交流沟通的机会,为他们学习专业知识、提升专业技术贡献企业的力量。

 

而今,生命科学领域的一次次飞跃让我们可以预见一个令人兴奋的未来。以显微镜为代表的技术,为实现人类美好而重大的科学目标夯实了基础。奥林巴斯作为国际领先光学企业,也将继续以先进的产品和服务社会,为进一步探索生命奥秘提供可靠支持,不断推动人类科学的进步和发展。

 

 

(财编:黄潮洁)


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