人体内不同类型细胞间每时每刻都在发生交互作用，针对此进行的研究被视为“介观”尺度研究。以大视场、高分辨率、长时程“看清、看全”大规模细胞间的三维交互行为，对生命科学研究至关重要。
历经十余年探索，清华大学戴琼海团队自主研发出新一代介观活体显微仪器——RUSH3D，其兼具厘米级三维视场与单细胞分辨率，可以每秒20次的高速三维成像速度，实现长达数十小时的全景连续观测。这一重要成果于13日晚发表于国际学术期刊《细胞》。
图为RUSH3D系统原型(左)、RUSH3D与常规显微镜在活体小鼠脑部拍摄的视野对比(右)(受访者供图)
中国工程院院士、清华大学信息科学技术学院院长戴琼海教授表示，这是国际上首次在哺乳动物活体器官上实现的全景式、长时程的高速三维成像观测，其时空跨尺度成像能力为研究大规模细胞交互行为，推动脑科学、免疫学、药学等研究提供了全新视角和工具。
兼具大视场、高分辨率、低损伤是观测仪器研制的国际性难题。受限于此，科学家们一直很难在哺乳动物的活体器官上同时看到大量细胞的交互作用。观测仪器要么视野范围覆盖有限，如同“管中窥豹”;要么成像精度不够，难以达到单细胞尺度;要么仅能观测一个片段，难以完整记录全过程。
图为戴琼海教授(中)带领团队在实验室开展仪器测试(受访者供图)
为此，戴琼海带领团队攻克多重难关，最终研制出RUSH3D。清华大学自动化系副教授吴嘉敏说，相比目前市场上最先进的荧光显微镜，RUSH3D在同分辨率下的成像视场面积、有效观测时长均提升了近百倍，三维成像速度提升了数十倍。
“过去我们用传统显微镜只能看到器官局部，比如小鼠脑的某个脑区，现在用RUSH3D相当于让100台显微镜同时观测，可完整覆盖活体小鼠脑皮层范围，捕捉10万量级神经元的动态交互过程，有望揭示脑神经环路工作机理。”吴嘉敏表示。
“RUSH3D的研制与产业化填补了对复杂生命现象介观尺度活体观测的空白，标志着我国在活体介观显微成像领域处于国际前沿。”戴琼海说。目前，该仪器已支持国内多所高校院所在肿瘤学、免疫学、脑科学等领域开展系列创新性研究。
