Friday, November 21, 2008

Zebrafish Embryos Caught on Film


图1是本期Science(2008 Nov 14)的封面,描绘的是日本青鳉(Medaka)的神经系统,该图片采用了数字扫描激光荧光显微镜(DSLM, Digital Scanned Laser Light Sheet Fluorescence Microscope)技术。现在来自德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)的Jochen Wittbrodt和同事将这种技术运用在了发育生物学的研究之中,取得了非常好的效果,甚至可以说给发育生物学的研究开启了新的窗口。


如图2所示,他们标记跟踪了斑马鱼从一个受精卵发育成胚胎的最初24小时内所有细胞的分裂和迁移情况,并用这种显微镜系统从各个角度加以记录,最后将整个全过程处理成影像。通过对这个影像的分析,我们就可以追踪斑马鱼发育过程中每个器官的形成历程,从而可以解决发育生物学中尚未研究清楚的许多谜团,比如这篇Science文章中就为长期来关于脊椎动物中胚层形成过程的争论画上了完美的句号。

其实研究人员曾经成功的在对线虫和海鞘的胚胎发育研究中做过相同的事情,但相对于只有671个细胞的线虫和2600个细胞的海鞘幼体,追踪记录比它们复杂的多,胚胎细胞数目上万的脊椎动物在技术上还一直存在困难。这次是有史以来人们第一次在如此长的时间内如此完整的记录复杂的脊椎动物的发育历程,将对脊椎动物的发育生物学研究往前推进了一大步。正如一个瑞士发育生物学家所评价的:"This is what we have always wanted to do--to follow everything in time and space."

我前面说过,这个成果可能为发育生物学的研究开启了一个崭新的窗口,顺着这个窗口望去,我们会看到怎样的风景呢?借助这种显微技术,我们可以类似的跟踪其它脊椎动物的胚胎发育过程中每个细胞分裂和迁移的情况。而对这些处在不同进化水平的脊椎动物的胚胎发育过程的比较研究将会大大丰富我们现有的对生物发育过程的认识,发育生物学研究在那时将会迎来里程碑式的成就。

其实,还有一个很有价值的方向就是将这种显微技术运用到临床医学上,用以记录病变组织(比如癌症组织)的细胞分裂和迁移情况,从而揭示出现在仍未研究清楚的很多疾病的发病机理和潜在的治疗方案。尤其考虑到这套显微系统的价钱还不算十分昂贵,大约8万欧元左右,应该有着很好的推广应用前景。


参考文献
  1. P.J.Keller,A.D.Schmidt,J.Wittbrodt,E.H.K.Stelzer (2008) Reconstruction of Zebrafish Early Embryonic Development by Scanned Light Sheet Microscopy.Science 322: 1065 - 1069

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