編譯 李升偉

光能成像的能力使我們更深入理解生物學。當前的顯微鏡學方法可以在接近實時和超級分辨率的條件下對整個細胞、組織和生物體進行過程跟蹤分析。但是，要獲得更快、更高分辨率、更高信噪比和更深層次的成像，經(jīng)常需要比自然條件下生物學樣品實驗所需的光劑量大很多個數(shù)量級?，F(xiàn)在大家都很清楚，這樣的光劑量，在一些情況下，不論是什么樣的光，都會對樣品的性質(zhì)和活性產(chǎn)生負面影響。

這種現(xiàn)象一般稱為光損傷或光毒性，得到了廣泛觀察，但是極少得到報道。實際上，這些變化對成像實驗的影響程度難以評估。然而，由于用于研究活體標本的顯微鏡方法正在迅速發(fā)展并日益成為一種普遍需求，所以現(xiàn)在是研究人員更加定量地認識光對樣品影響的時候了。

這并不是說，光毒性問題還沒有得到系統(tǒng)的研究。在大量基礎性研究的基礎上，人們已經(jīng)進行了一些關(guān)鍵的研究。例如，波長較短的光波對細胞損傷更大，光線越少越好，而且不同的樣品對光波有不同的敏感性；再如，光照的性質(zhì)和時間會影響結(jié)果，即使在總光劑量恒定的情況下也是如此。

盡管取得了這些重要的研究成果，但如何為某個確定的生物樣本選擇最佳成像模式是極具挑戰(zhàn)的。這部分由于顯微鏡學所面臨的生物多樣性問題。近期，來自耶魯大學醫(yī)學院貝韋爾斯多夫?qū)嶒炇业囊豁椦芯繄蟮懒耸芗ぐl(fā)射損耗（STED）納米顯微鏡是否與培養(yǎng)基中生長的細胞活體熒光成像相兼容。這是一個有爭議的問題，因為STED顯微鏡所需要的光劑量要求是超級分辨率成像中最高的。

在這項工作中，研究人員既評估短期，又分析長期，來評估光劑量對細胞健康的影響。研究發(fā)現(xiàn)在對細胞進行STED成像后，短期幾乎沒有對細胞產(chǎn)生壓力，而長期生存能力也能保持良好。這至少表明，對細胞來說，STED成像并不意味著細胞一定會死亡——這個結(jié)果可能會讓很多人感到震驚。他們還發(fā)現(xiàn)細胞類型相當重要，并對細胞中那些光損傷敏感的特定蛋白質(zhì)進行標記；在含氧清除劑的緩沖液中成像通?？梢詼p少細胞短期壓力。

這項研究雖然對使用或考慮使用STED的人很重要，但還不具有普適性。例如，研究人員只分析了兩種細胞類型，并在所有實驗中都使用了一種單一的遠紅外染料，這使得他們的結(jié)果是否適用于其他顏色光以及其他樣本的成像尚不清楚。此外，同一個樣品，與未成像相比，STED成像樣品中存活的細胞更少，這表明在STED納米顯微鏡中不能完全忽略光毒性。然而，為了更好地了解光對生物學觀測的影響程度，這類系統(tǒng)的研究仍需進行。

一段時間以來，《自然·方法》雜志一直要求研究人員描述活體成像的光毒性實驗。該雜志將繼續(xù)鼓勵這種評估，并強烈希望在同行評議時也將這項內(nèi)容納入其中。隨著該領域建立測量光毒性的標準，我們設想這將成為那些涉及描述活樣品成像的研究的必備內(nèi)容。

由于光毒性在很大程度上取決于樣品、研究的問題和儀器，雜志并不要求任何研究都進行特定的化驗分析，但要求作者必須通過生物學方法演示來證實其采用的研究方法與研究具有匹配性。例如，細胞生物學家使用一種新的方法來監(jiān)測細胞短時間內(nèi)的分泌物，這往往會選擇成像后再測試短期壓力，其實同時，可采用一種不通過成像的黑暗對照，來研究成像是否影響分泌物。

2017年，一篇發(fā)表在《自然·方法》雜志的評論文章描述了光毒性，研究人員增強光照，直到他們觀察到光毒性效應，這樣就可以確保以后進行的實驗使用的光遠低于有毒水平，使得細胞受壓和活性不受影響。雜志還歡迎從事新光學裝置開發(fā)的研究人員，在研究報告明確樣品成像時的光功率密度設置，以便交叉對比研究。

這種評估的好處是巨大的。首先，《自然》雜志希望使生物學家和潛在用戶更清楚哪些方法和光學裝置是有用的，哪些是沒用的，從而減少假象并促進發(fā)現(xiàn)。這些類型的分析還將促進我們對光毒性現(xiàn)象的一攬子認識，并提高對研究對象廣泛本質(zhì)的認識。最后，隨著時間的推移，各種樣品類型和顯微鏡的分析標準將出現(xiàn)，這將有利于促進各種方法之間的比較研究。

資料來源 Nature Methods