1922年，法国物理学家莱昂·布里渊(LéonBrillouin)预测了一个有趣的现象——当光线照射到一种材料上时，它会与材料内部自然产生的热振动相互作用，并在此过程中交换一些能量。反过来，这会影响光的散射方式。通过测量散射光的光谱(颜色)，我们可以推断出该材料的某些物理特性。

一个多世纪后，EMBLPrevedel小组的科学家及其合作者利用这种现象(称为布里渊散射)以前所未有的速度和分辨率追踪发育中胚胎的机械特性。

“我们通常倾向于仅根据它们的生物学特性来考虑细胞或组织——它们表达哪些基因?它们依赖哪些生化途径?它们相互发送什么化学信号?”EMBLHeidelberg的组长RobertPrevedel说。“然而，细胞和组织也有丰富的‘机械’生命。这些物理特性可以帮助决定它们的生物学功能。”

细胞所经历的物理力及其自身的材料特性在胚胎发育、组织完整性和癌症等疾病的病理生理学等多种过程中起着至关重要的作用。其中两个属性是粘度——衡量物质流动难易程度的指标——和弹性——衡量变形物体恢复其原始状态的速度。

然而，在不损坏细胞和组织的情况下测量这些特性可能具有挑战性，因为测量方法通常涉及侵入性方法，例如以不同方式“戳”或“探查”样本。在这里，正如研究人员先前所表明的那样，基于布里渊散射的显微镜可用于非侵入性观察和评估组织力学。

不幸的是，传统的布里渊显微镜有一些缺点。首先，成像速度很慢，因为该方法依赖于一次从样本上的一个点收集信息。其次，许多生物组织和细胞对光高度敏感，因此，布里渊显微镜所需的长时间曝光可能会损害或阻碍科学家希望研究的过程。

在他们发表在《自然方法》上的新研究中，Prevedel和他的同事描述了一种基于布里渊散射的新显微镜方法，该方法以创新的方式应对上述挑战。Prevedel小组的研究人员是开发先进光学成像技术和推动深层组织显微镜前沿研究的专家。

作为CarloBevilacqua博士Prevedel实验室的学生和该研究的第一作者解释说，这种称为线扫描布里渊显微镜(LSBM)的新方法具有三大优势。

首先，新显微镜不是一次从一个点收集信息，而是一次使用整条光线扫描样本，这将成像速度提高了至少一百倍。其次，它使用新的光学几何结构、近红外光和铷电池来显着提高信噪比，提供更好的分辨率并降低光对细胞造成损害的风险。

第三，通过将该系统与先进的光片显微镜相结合，科学家们可以同时使用荧光可视化生物分子，并且可以将这些信息叠加在组织的机械特性之上。

“我真的很喜欢建造东西，”Bevilacqua说。“设置这样的显微镜需要相当多的理论光学知识，再加上工程和动手工作，但你还需要生物学知识。”

作为原理证明，科学家们使用他们新建的显微镜研究了来自生命之树不同进化分支的三种动物物种的胚胎发育——果蝇、小鼠和一种名为Phallusiamammillata的海洋生物。在所有这些物种中，新的显微镜方法使研究人员能够在三个维度和数小时的时间尺度上跟踪发育中胚胎的机械变化动态。

LeptinandPrevedel实验室的博士后、该研究的第二作者JuanManuelGomez说：“像这样实时研究整个组织体积而不仅仅是表面的发育，可以揭示许多新的和有趣的生物学机制”.

该研究涉及与EMBL的多个其他小组的合作，包括Ellenberg和Diz-Muñoz小组，以及EMBL校友MariaLeptin，她曾任EMBO主任，现任欧洲研究委员会(ERC)主席。