2025年2月20日，北京大学临床医学高等研究院PI学术交流会在科技楼北楼B903会议室举办。北京大学临床医学高等研究院黄小帅研究员分享了其团队在活细胞三维超分辨显微成像技术方面的研究进展，并同与会PI进行交流。

高研院院长王存玉院士、王韵教授、魏勋斌教授，北京大学药学院刘涛教授，北京大学基础医学院赵颖教授、强力教授，北京大学国际癌症研究院舒绍坤研究员、郑春红研究员、王华研究员等多个单位的老师参加了会议。

PI学术交流会现场

细胞是生命活动的基本单位，其内部结构的精细观察对理解生命机制至关重要。传统光学显微镜受衍射极限限制，分辨率难以突破200纳米，无法满足细胞器及分子水平的研究需求。近年来，超分辨荧光显微镜技术，如受激辐射损耗显微镜（STED）和单分子定位显微镜（PALM/STORM），突破了衍射极限，将分辨率提升至纳米级别。然而，STED技术需要高强度激光，易造成样品光漂白和光毒性；单分子定位显微镜则成像速度慢，难以捕捉动态过程。结构光照明显微镜（SIM）作为一种宽场成像技术，具有光毒性低、成像速度快、兼容常规荧光染料等优势，在活细胞成像中展现出巨大潜力。然而，SIM在三维样品成像中仍面临轴向分辨率低、时间分辨率低等挑战，限制了其在厚样品和快速动态过程研究中的应用。

黄小帅老师长期从事新型显微成像技术研发工作，聚焦于活细胞三维成像中的问题，提升轴向分辨率和成像速度，为活细胞三维动态过程研究提供有力工具。

研究进展：

1、开发三维各向同性100nm分辨率的4Pi-SIM超分辨显微镜

对于单物镜荧光显微镜系统，由于光的衍射效应，轴向分辨率通常比横向分辨率低2-3倍，这严重限制了其在三维结构解析方面的能力。为了突破这一限制，黄小帅老师团队开发了基于双物镜（4pi）结构的SIM超分辨显微镜（4pi-SIM），设计精密的光学结构和机械结构，确保六束光干涉对齐和荧光干涉的长期稳定性，显著提高轴向分辨率。同时加入锁焦模块和光程差调节模块，并对重建算法进行优化，通过以上改进，4pi-SIM首次在活细胞上实现了三维各向同性100纳米光学分辨率延时成像，成像时程可达数小时（500-600个时间点）。另外，4Pi-SIM还具备同时双色成像能力，能够捕捉三维空间内不同细胞器之间的快速相互作用过程。

2、开发快速三维多平面SIM（3D-MP-SIM）超分辨显微镜

对于活细胞三维成像，三维结构光照明显微镜（3D-SIM）将三个方向分辨率提高了一倍，而要通过移动样品并切换照明模式重复采集来实现体成像，时间分辨率极大的降低。黄小帅老师团队提出快速三维多平面SIM（3D-MP-SIM）方法，利用三光束干涉照明与多平面探测方法，同时获取整个体积内的样本信息。与3D-SIM相比，3D-MP-SIM 时间分辨率至少提高了约8倍，并显著减少了动态结构成像中的运动伪影。此研究进一步拓展到双色以及更厚样本的成像，均能保持很好的成像效果。

3、开发超分辨荧光辅助衍射层析技术（SR-FACT）

为了将超分辨荧光成像和无标记成像的优势相结合，黄小帅老师团队将三维无标记光学衍射层析显微成像与二维海森结构光超分辨荧光成像技术相结合，发明了一种新的双模态超分辨率显微镜（SR-FACT），同时实现细胞内全景的分子特异性成像。研究团队发展的这一双模态成像方法为全面三维的表征活细胞内细胞器相互作用及分子或信息的传递过程提供了一个有力工具。

未来研究方向：

黄小帅老师团队将致力于开发新型活细胞三维超分辨显微成像技术，进一步提升成像速度、分辨率和多模态融合能力，为揭示细胞动态过程和分子机制提供更强大的工具，推动生命科学研究的发展。

交流会上，与会PI进行了热烈讨论，对后续实验提出了深刻且建设性的意见和建议。

北京大学研临床医学高等研究院PI学术交流会定期举行，旨在促进院内各实验室之间的学术交流，加强跨学科研究的深度合作。