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研究人員改進(jìn)顯微鏡方法以膨脹細(xì)胞結(jié)構(gòu) 將精細(xì)細(xì)節(jié)帶入視野

2019-01-18 11:30:35 ? 來源：

細(xì)胞生物學(xué)家的工作規(guī)模令人沮喪。像他們?cè)诹Ｗ游锢韺W(xué)方面的同事一樣，這些科學(xué)家研究了關(guān)于我們生活和世界的基本問題 - 但這些問題超出了我們靈長類動(dòng)物眼睛的技能范圍。顯微鏡有助于將這個(gè)昔日無形的世界變?yōu)榻裹c(diǎn) - 自從它們發(fā)明以來的幾個(gè)世紀(jì)以來，顯微鏡的進(jìn)步幫助科學(xué)家在細(xì)胞水平上可視化生活的許多細(xì)節(jié)。但是這些方法具有成本昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的樣品處理 - 最終限制了它們的廣泛使用。

顯微鏡也有其局限性。Light固有的波狀行為限制了顯微鏡的分辨能力。我們存在的最微小細(xì)節(jié) - 從扭曲的DNA鏈到球狀細(xì)胞器 - 即使是最好和最昂貴的顯微鏡也難以直接觀察。但華盛頓大學(xué)的科學(xué)家們最近報(bào)道了一種相對(duì)簡單的方法，可以讓普通的實(shí)驗(yàn)室顯微鏡快速有效地照亮許多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。他們沒有修改顯微鏡來提高分辨率。相反，他們使用一種方法來膨脹細(xì)胞內(nèi)的微小復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使它們?cè)陲@微鏡現(xiàn)有的分辨范圍內(nèi)。

“這是一種全新的顯微鏡檢查方式，”威斯康星大學(xué)化學(xué)教授約書亞沃恩說，他是一篇論文的高級(jí)作者，詳細(xì)描述了他們?cè)谧匀环椒ǚ矫娴姆椒ā?ldquo;重點(diǎn)主要放在硬件上 - 提高了顯微鏡的分辨率。在這里，我們擴(kuò)展了單元的內(nèi)部空間，以便將其展現(xiàn)出來。”

適當(dāng)?shù)?，這種技術(shù)稱為擴(kuò)展顯微鏡。

“這是一種簡單而有效的方法，效果驚人，”沃恩補(bǔ)充道。他的團(tuán)隊(duì)受到了麻省理工學(xué)院開發(fā)的擴(kuò)展方法的啟發(fā)。麻省理工學(xué)院的研究人員用一種復(fù)雜的，基于DNA的熒光探針染色細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)容物可見。然后，他們用可膨脹聚合物處理細(xì)胞，該聚合物與定制探針相連，并將樣品“充氣”至其原始尺寸的四倍。但是，這種方法很費(fèi)力，需要專門的，昂貴的試劑。

“當(dāng)我看到他們的方法時(shí)，我覺得這很棒，”沃恩說。“但我們想知道是否有辦法使用更簡單的染色策略和常規(guī)探針進(jìn)行此操作。這將使數(shù)千個(gè)實(shí)驗(yàn)室可以使用擴(kuò)展顯微鏡。”

Vaughan的團(tuán)隊(duì)不再采用復(fù)雜的熒光探針，而是采用與抗體結(jié)合的常規(guī)熒光染料，這種染料更易于使用，并開發(fā)了一種簡單的化學(xué)處理方法，可使抗體與聚合物相連。然后，他們用可膨脹的聚合物以及可以在蛋白質(zhì)中產(chǎn)生小“剪切”的酶來處理他們的染色樣品 - 哺乳動(dòng)物腦組織和培養(yǎng)細(xì)胞的切片，以幫助它們擴(kuò)展。

他們使用這種基本方法為擴(kuò)增顯微鏡提出了兩種染色方案 - 一種對(duì)個(gè)體細(xì)胞更有效，另一種對(duì)組織切片有效。在顯微鏡下，他們的圖像顯示出明顯更亮的污漬，同時(shí)保持優(yōu)異的分辨率。作為額外的獎(jiǎng)勵(lì)，他們的方法還可以使用熒光蛋白進(jìn)行擴(kuò)增顯微鏡檢查，這是生物學(xué)家使用的另一種流行的熒光探重要的是，UW團(tuán)隊(duì)能夠在傳統(tǒng)的，廣泛使用的實(shí)驗(yàn)室顯微鏡上獲得這些高分辨率圖像。

“我們認(rèn)為這將使擴(kuò)展顯微鏡成為研究人員廣泛使用的技術(shù)，他們希望通過相對(duì)簡單，低成本的方法可視化他們正在研究的內(nèi)容，同時(shí)也具有出色的性能，”Vaughan說。沃恩說，他希望其他研究小組能夠改變他的團(tuán)隊(duì)對(duì)其他生物或細(xì)胞類型的基本方法，特別是像細(xì)胞壁這樣能抵抗擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)。鑒于擴(kuò)展顯微鏡所闡明的細(xì)節(jié)，一個(gè)隱藏的世界等待著。

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