科技部
基礎研究管理中心公布了「2018年度中國科學十大進展」，中科院生物物理研究所李棟課題組的研究成果「創建出可探測細胞內結構相互作用的
納米和毫秒尺度成像技術」成功入選。
「中國科學十大進展」遴選活動至今已成功舉辦14屆，旨在宣傳我國重大基礎研究科學進展，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，開展基礎研究科普宣傳，促進公眾理解、關心和支持
基礎研究，在全社會營造良好的科學氛圍，在科技界深具影響。
入選成果「創建出可探測細胞內結構相互作用的
納米和毫秒尺度成像技術」簡介如下：
真核細胞內，細胞器和細胞骨架進行著高度動態而又有組織的相互作用，即「細胞器互作」。在此過程中，細胞器之間進行蛋白質和脂類的交換及信號的傳遞，高效的協調複雜的細胞功能。觀測這些相互作用，需要對細胞內環境進行非侵入式、長時程、高時空分辨、低背景噪聲的成像。
從貼壁細胞的形態分析，大多數細胞器通常分布在靠近基底膜1微米的深度範圍內。然而，這一深度範圍已經超出了全內反射結構光照明超分辨螢光顯微鏡（TIRF-SIM）技術的成像深度。中科院生物物理研究所李棟課題組發現，當激發光的入射角略低於發生全反射的臨界角時，可以獲得與物鏡景深相匹配的照明深度。這種略低於全反射臨界角的照明方式被稱為掠入射照明（Grazing Incidence），因此使用掠入射照明方式取代全內反射照明的新型結構光照明超分辨顯微鏡被稱為掠入射結構光超分辨顯微鏡技術（GI-SIM）。基於上述改進優化，與李棟研究員先前開發的全內反射結構光照明超分辨成像技術（TIRF-SIM）相比，GI-SIM的成像深度以及所產生的信號量都提高了10倍，可以連續成像近萬幅超分辨圖像；與傳統共聚焦或轉盤共聚焦顯微鏡相比，GI-SIM可提供2倍更高的空間解析度以及10倍更快的成像速度；與其它超分辨成像技術相比，在細胞尺寸的視場範圍下，GI-SIM可提供~10倍更快的成像速度，以及10-100倍更長的成像時程；結合高精度控制系統、自主設計的偏振旋轉半波片和插值重建算法；最終，GI-SIM實現了在97
納米解析度下以266幅每秒成像速度連續成像幾千幅的成像性能，可對1微米深度範圍內的細胞器動態進行最優化二維超分辨成像。圖1展示了GI-SIM技術同時觀察5種不同螢光標記的細胞器。GI-SIM圖像被《Nature》雜誌評論為「水晶般清晰」（Crystal Clear）的螢光圖像。
研究人員利用多色GI-SIM技術揭示了細胞器-細胞器、細胞器-細胞骨架之間的多種新型相互作用，深化了對這些結構複雜行為的理解。微管生長和收縮事件的精確測量有助於區分不同的微管動態失衡模式。此外，在已知的內質網（endoplastic reticulum， ER）延伸方式的基礎上，如圖2A和2B，李棟團隊使用GI-SIM分析了內質網與微管之間的相互作用，並發現了另外三種新的內質網重塑機制：（1）微管解聚端牽引（Depolymerizing Tip Attachment Complex，dTAC，管狀內質網的末端受到微管解聚末端拉伸而生長），如圖2C；（2）搭便車（Hitchhiking，管狀內質網的末端粘附在沿著微管運動的其它細胞器上，如：線粒體、溶酶體等，隨著細胞器的運動，管狀內置網發生延伸融合），如圖2D；（3）微管非依賴型生長（Budding，管狀內置網的延伸不直接或間接的依賴微管）。
在過去的研究中，生物學家認為內質網網絡結構的改變僅通過延伸融合的方式完成。李棟團隊發現處於運動狀態的溶酶體可以引起管狀內質網的瞬時斷裂。此外，李棟團隊通過GI-SIM成像不僅證實了大約85%的線粒體分裂事件確實發生在線粒體-內質網接觸位點，還進一步發現約60%的線粒體融合事件也發生在線粒體-內質網接觸位點，而且這些發生在線粒體-內質網接觸位點的線粒體融合事件通常快於那些沒有發生在與內質網接觸位點的融合事件，這表明線粒體-內質網間的互作很可能在線粒體的動態平衡調控中發揮著關鍵作用。
GI-SIM成像技術不僅是研究貼壁細胞內細胞器動態的理想工具，李棟團隊還進一步拓展了其應用範疇。例如，GI-SIM可用於研究原代培養的小鼠海馬神經元，捕捉到了突觸內的微絲細胞骨架的動態重組和突觸形變的關聯過程；GI-SIM還可對果蠅胚胎的表層細胞進行高質量成像，揭示了果蠅胚胎發育背部融合過程中羊漿膜細胞內微絲骨架周期性聚合與解聚導致羊漿膜細胞發生上下振動的動態過程。
這一工作不僅開發了掠入射結構光超分辨顯微成像技術（GI-SIM），而且利用其發現了多種細胞器和細胞骨架的相互作用新行為，拓展了生物學家對細胞器相互作用功能的認知。最後值得一提的是，GI-SIM成像技術的硬體系統能夠兼容李棟研究員之前開發的全反射結構光（TIRF-SIM）、三維結構光（3D-SIM）和非線性結構光（nonlinear SIM）超分辨成像技術，形成多模態結構光超分辨成像系統，滿足生物學研究中大多數螢光成像實驗的需求。
中國科學院外籍院士、美國杜克大學Xiao-Fan Wang教授評論認為，這項工作發展了一項可視化活細胞內的細胞器與細胞骨架動態相互作用和運動的新技術，將會把
細胞生物學帶入一個新時代，有助於更好地理解活細胞條件下的分子事件，也提供了一個從機制上洞察關鍵生物過程的窗口，可對生命科學整個學科產生重大影響。(
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