全景式解析生命奥秘,多模态生物医学成像设施通过国家验收
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2025-03-22 08:00:43
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3月21日,国家重大科技基础设施——多模态跨尺度生物医学成像设施在北京怀柔科学城通过国家验收。该设施形成了跨尺度、多模态、自动化和高通量的生物医学成像全功能研究平台,综合能力达到世界先进水平,将助力全景式解析生命奥秘。

多模态跨尺度生物医学成像设施(中国科学院生物物理研究所供图,摄影:任晖)

随着研究手段的革新,生物医学研究正在发生巨大变革,人类对生命本质和重大疾病的理解也进入了跨越式发展时期。成像技术作为生物医学最重要的研究工具之一,将在重大生物医学问题的研究中扮演关键角色。多模态跨尺度生物医学成像设施的建设,就是要打通尺度的壁垒,有机整合不同成像模态,打造“一体化”生物医学成像技术集群。

从人体的米级尺度到细胞的微米尺度,再到分子的纳米尺度,借助该成像设施,科研工作可以跨越9个数量级,全景式揭示基因表达、生物大分子构象、细胞信号、组织代谢及功能网络的时空动态和内在联系。

“尺度的概念相对好理解,但模态就比较陌生了。2016年我们提出设施建设的建议时发现,对于‘多模态’一词竟然没有人给过定义。”北京大学未来技术学院教授孙育杰介绍,光、电、磁、热、力、声等诸多物理量,都可以与被观测的细胞、肿瘤等对象发生相互作用。成像设施的用途,就是将这些发生相互作用的影像定格,帮助研究者实现观测。

在成像设施内,多模态结构光超分辨活细胞成像设备就是典型代表之一。“传统的光学显微镜的放大倍率约为1000倍,对应着大约200纳米的尺度,但这无法看清细胞内溶酶体、微管蛋白等亚细胞结构。”中国科学院生物物理研究所研究员李栋表示,这台自主研发的设备就在成像分辨率上实现了突破,下探至60至100纳米的尺度,能在活细胞中观察亚细胞结构的动态变化过程。经过5年的持续攻关,科研团队已经完成了这台设备的工程化,在全国多地部署了30余台(套),为更多的研究者提供性能优异的观测工具。

类似的自研科学设备,在成像装置的建设过程中并不鲜见。成像设施的核心装置包括多模态医学成像装置、多模态活体细胞成像装置、多模态高分辨率分子成像装置及全尺度图像数据整合系统,可对生命体从分子到器官的结构、功能进行跨尺度可视化观测与精确测量。

“我们希望这些设备不仅仅是停留在一两个实验室里,而是能走向市场,让更多的研究者有机会使用。”中国科学院生物物理研究所副所长朱冰说,当前,怀柔科学城也正在推动打造仪器和传感器产业集群。科研团队将继续推进科研装备国产化的进程,在此过程中,成像装置的建设与科学城产业集群的打造能够相互促进,为高端生物医学影像装备实现“中国创造”提供战略支撑和保障。

生命科学已经进入了大科学时代,这里将诞生写进教科书的大发现、大成果。”北京大学国家生物医学成像科学中心主任、成像设施首席科学家程和平院士表示,目前成像设施已吸引29项数字生命重大项目建议书,未来将围绕脑科学、肿瘤诊疗等国家战略方向开展系统性攻关。后续,成像设施将实行开放、流动、择优的机制,面向全国开放共享,还将与美国、欧盟等地生物医学成像平台建立国际联盟。

来源:北京日报客户端

记者:刘苏雅

流程编辑:U071

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