近年来,随着成像技术的飞速发展,特别是纺锤体成像技术的不断进步,科学家们得以在高分辨率下观测细胞分裂过程,从而揭示了纺锤体的许多未知特征和机制。纺锤体成像技术的发展可以追溯到上世纪末,当时科学家们开始利用荧光显微镜技术观测细胞分裂过程。然而,由于传统荧光显微镜的分辨率限制,纺锤体的精细结构和动态变化往往难以被清晰捕捉。为了克服这一难题,科学家们开始探索更高分辨率的成像技术,如电子显微镜、超分辨率显微镜等。然而,这些技术在实际应用中面临着诸多挑战,如样品制备复杂、成像速度慢、对细胞活性影响大等。近年来,随着成像技术的不断创新和进步,纺锤体成像技术取得了突破性进展。特别是超分辨率显微镜技术的出现,如结构光照明显微镜(SIM)、受激辐射损耗显微镜(STED)和单分子定位显微镜(SMLM)等,使得科学家们能够在纳米尺度上观测纺锤体的精细结构和动态变化。 纺锤体在细胞分裂后期推动染色体向细胞两极移动。美国无需染色纺锤体纺锤体结构
液晶偏振光显微镜是一种将液晶可变减速器、电子成像及数码成像技术结合起来的成像系统,能够观测到具有双折性特征的细胞结构,如纺锤体和透明带。Polscope成像系统无需对细胞进行固定和染色,因此能够评估卵母细胞的质量与纺锤体、透明带等的相关性。在纺锤体卵冷冻研究中,Polscope成像系统可用于实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化,评估冷冻保护剂的效果和冷冻速率对纺锤体的影响。此外,解冻后也可利用Polscope成像系统评估纺锤体的恢复情况和稳定性,从而筛选出高质量的卵母细胞进行后续操作。武汉纺锤体纺锤体结构显微镜下的纺锤体,如同精密的分子机器,引导染色体分离。
在卵母细胞冷冻保存过程中,纺锤体的形态变化是评估冷冻效果的重要指标之一。传统的纺锤体观察方法往往需要将卵母细胞固定并进行免疫荧光染色,这不仅破坏了细胞的活性,还限制了进一步观察其发育潜能的机会。而偏光成像技术则能够在不解冻、不染色的情况下,直接观察纺锤体的形态变化。通过Polscope系统,研究者可以实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化,评估冷冻保护剂对纺锤体的保护效果,以及解冻后纺锤体的恢复情况。冷冻后的卵母细胞纺锤体及染色体异常率增高,这将直接影响解冻后卵母细胞的减数分裂进程和胚胎的染色体正常性。利用偏光成像技术,研究者可以准确评估冷冻前后纺锤体的异常率,包括纺锤体的形态、位置、稳定性等参数。通过对比分析,可以明确冷冻过程对纺锤体的具体影响,为优化冷冻保存条件提供科学依据。
为了减少冷冻过程中纺锤体的损伤,研究者们尝试在冷冻液及解冻液中添加细胞骨架保护剂,如紫杉醇(Taxol)。紫杉醇能够稳定微管结构,防止其在低温下解聚。通过偏光成像技术,研究者可以实时监测紫杉醇对纺锤体的保护效果,评估其在冷冻保存过程中的作用机制。此外,还可以进一步观察解冻后卵母细胞的发育潜能,为临床应用提供可靠依据。无需对细胞进行固定和染色,保持细胞的活性与完整性。能够实时监测纺锤体的形态变化,评估冷冻效果。能够捕捉到细微的纺锤体形态变化,提高评估的准确性。纺锤体微管的排列和稳定性受到细胞骨架的支撑。
纺锤体成像技术的中心在于提高成像的分辨率和速度,以捕捉纺锤体的精细结构和动态变化。以下是几种主要的纺锤体成像技术的技术原理:结构光照明显微镜(SIM):SIM通过引入已知的空间调制光场,使样品发出具有特定空间频率的荧光信号。通过采集多个不同空间频率的荧光图像,并利用算法进行重建,SIM可以实现超越传统荧光显微镜分辨率的成像。这种方法不仅提高了成像的分辨率,还保持了较快的成像速度和较好的细胞活性。受激辐射损耗显微镜(STED):STED利用一束聚焦的激光束(称为STED束)来抑制样品中特定区域的荧光信号。通过精确控制STED束的位置和强度,STED可以实现超越衍射极限的成像分辨率。这种方法特别适用于观测纺锤体等复杂结构中的精细细节。单分子定位显微镜(SMLM):SMLM通过检测样品中单个荧光分子的位置来实现高分辨率成像。由于荧光分子的随机闪烁特性,SMLM可以在时间域上分离不同分子的荧光信号,从而实现对单个分子的精确定位。这种方法不仅提高了成像的分辨率,还提供了对纺锤体中单个微管和蛋白质分子的动态变化的观测能力。 纺锤体微管与染色体之间的相互作用是细胞分裂的重点事件。美国哺乳动物纺锤体Oosight Basic
纺锤体的微管从中心体向外辐射,形成纺锤状结构。美国无需染色纺锤体纺锤体结构
纺锤体检查点是确保染色体正确分离的重要机制,其失效会导致染色体分离错误。例如,某些基因突变(如MAD2突变)会影响SAC的功能,导致染色体非整倍性的发生。SAC信号传导异常:SAC通过复杂的信号传导途径确保染色体的正确分离。SAC信号传导异常会导致纺锤体检查点失效,增加染色体非整倍性的风险。染色体在分裂过程中未能正确分离,导致非整倍体的形成。例如,某些基因突变(如CENP-A突变)会影响染色体的正确分离,导致染色体非整倍性的发生。染色体桥是染色体在分裂过程中未能完全分离形成的结构,会导致染色体非整倍性的发生。例如,某些基因突变(如PLK1突变)会影响染色体桥的形成。美国无需染色纺锤体纺锤体结构