新顯微成像法：細(xì)胞組織膨脹后觀察，分辨率可達(dá)20納米
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 據(jù)最新一期《自然·方法》雜志報道，美國麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種顯微成像方法，通過在成像前讓細(xì)胞組織膨脹，成功將分辨率提升至20納米。這一創(chuàng)新技術(shù)有望為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供簡單且廉價的納米成像解決方案。
傳統(tǒng)的顯微成像技術(shù)在觀察細(xì)胞內(nèi)部的納米級結(jié)構(gòu)時，往往需要依賴高功率且昂貴的超分辨率顯微鏡。試想，如果讓物體膨脹變大，那觀察可能就會變得更容易。
膨脹顯微成像技術(shù)的原理是將細(xì)胞組織嵌入到一種吸水聚合物中，并分解將組織結(jié)合在一起的蛋白質(zhì)。當(dāng)加入水時，凝膠會膨脹，將生物分子彼此拉開，從而使細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)更容易被觀察到。這種技術(shù)的原始版本于2015年發(fā)明，當(dāng)時可以將組織膨大約4倍。經(jīng)過不斷優(yōu)化，2017年該研究團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了總體20倍的膨脹，但過程相對復(fù)雜。而在最新的研究中，研究人員只用一個步驟就實(shí)現(xiàn)了20倍的膨脹，這得益于他們找到并優(yōu)化了一種由N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)和丙烯酸鈉組成的凝膠。這種凝膠不僅具有極強(qiáng)的吸水性，還具備機(jī)械穩(wěn)定性，在膨脹20倍時不會破裂。
借助這一技術(shù)，研究人員能夠拍攝到腦細(xì)胞內(nèi)部許多微小的結(jié)構(gòu)，包括負(fù)責(zé)神經(jīng)元通信的突觸納米柱的結(jié)構(gòu)。在癌細(xì)胞的研究中，還拍攝到了幫助細(xì)胞維持結(jié)構(gòu)并在細(xì)胞分裂中發(fā)揮重要作用的微管，以及線粒體和單個核孔復(fù)合體的組織結(jié)構(gòu)。這些圖像為科學(xué)家提供了前所未有的細(xì)節(jié)，使他們能夠更深入地了解生物分子的功能和相互作用。
膨脹顯微成像技術(shù)的分辨率約為20納米，這意味著科學(xué)家可以看到細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器以及蛋白質(zhì)簇。20倍的膨脹效果讓科學(xué)家“踏入”了生物分子發(fā)揮作用的微觀世界，因?yàn)樯臉?gòu)成單元是納米級物質(zhì)。這一技術(shù)的發(fā)明不僅提高了顯微成像的分辨率，還為生物學(xué)研究開辟了新的可能性。
研究人員表示，膨脹顯微成像技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，不僅可以用于神經(jīng)科學(xué)、癌癥研究等領(lǐng)域，還可以擴(kuò)展到其他生物學(xué)研究。此外，該技術(shù)還可能為生物醫(yī)學(xué)工程和納米技術(shù)的發(fā)展提供新的啟示。由于該方法簡單且廉價，幾乎所有生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室都有可能實(shí)現(xiàn)納米成像，這將極大地推動生物學(xué)研究的進(jìn)步。
素材來源：科技日報
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