侵权投诉

当前位置:

OFweek仪器仪表网

通用分析仪器

正文

科学家用婴儿尿布材料突破光学显微镜分辨极限

导读: 我们都知道,显微镜能够放大活细胞和组织,但是你想过用它观察更微小的细节么?这听起来特别像一个看过多次《爱丽丝梦游仙境》的科学家的幻想。

  EdwardBoyden

  我们都知道,显微镜能够放大活细胞和组织,但是你想过用它观察更微小的细节么?这听起来特别像一个看过多次《爱丽丝梦游仙境》的科学家的幻想。但是,生物学家们以这个概念为基础发明来一种新的技术,利用普通的显微镜对整个大脑进行成像,展示出了精致的分子细节。

  这项技术叫做expansionmicroscopy,使用一种通常在婴儿尿布中可以找到的材料使生物组织膨胀。剑桥麻省理工学院(MIT)的神经学工程师(neuroengineer)EdwardBoyden在上个月举行的一场会议中与他MIT的同事FeiChen和PaulTillberg报告了该技术。

  Expansionmicroscopy:超分辨率显微镜的转折

  Expansionmicroscopy是超分辨率显微镜的一个转折。2014年,美国科学家埃里克?白兹格(EricBetzig),德国科学家斯特凡?W?赫尔(StefanW.Hell),美国科学家威廉姆?艾斯科?莫尔纳尔(WilliamE.Moerner)因超分辨率荧光显微技术获得了诺贝尔化学奖。这两种技术都在试图绕过物理定律带来的限制。

  1873年,德国物理学家ErnstAbbe推断,传统的光学显微镜不能区分距离小于200纳米的物体,这大约是可见光最短波长的一半。距离小于这个衍射极限的话,物体会变得模糊。光学显微镜的最大分辨率只能达到横向200纳米,纵向600纳米。

  超高分辨显微镜通过使用荧光分子绑定蛋白,更好的定位分子的发光来源,从而克服了Abbe指出的限制。利用这种技术,科学家可以区别出距离近达20纳米的物体。不过这项技术需要昂贵的、专业的设备,但可以解决一些厚结构的研究难题,比如大脑或肿瘤。

  神经科学家们一直想收集大脑更多的分子细节,比如神经突触中蛋白的位置、两个神经传递信息处的连接、甚至环绕大脑的一组神经元。

  在NIH的会议中,Boyden说:“我们一直想做的就是找出让物体变得更大的方法。”为了实现这个目标,他的团队用了一种叫做acrylate的化合物,该物质含有两种特性:第一,它可以形成密集的网状结构将蛋白质固定住;第二,它在水存在的情况下会膨胀。

  加点水,让一切变得神奇

  首先,组织需要经过一组化学混合物处理,使它变得透明;然后,用荧光分子绑定特定蛋白;最后将acrylate注入组织中。就像婴儿尿布一样,加水会使acrylate聚合物膨胀。经过拉伸,荧光标记的分子之间的距离越来越远。之前因为太近无法区别的蛋白在光学显微镜中有了新的焦点。在Boyden的展示中,该技术可以解决膨胀前分子距离近达60纳米的难题。

  最重要的一点是,膨胀的过程很大程度上维持了蛋白之间的相对方向和连接,保持其它细胞结构的完整。该技术使蛋白相对位置的失真程度为1-4%。Expansionmicroscopy与其它超高分辨技术相比表现了良好的性能。

  在一项试验中,研究人员用Expansionmicroscopy测定膨胀的小鼠大脑神经突触两端的蛋白质之间的距离,结果与用超高分辨技术测量的数据几乎相同。

  此外,Expansionmicroscopy在复杂组织的三维成像上表现的更好。在会议中,Boyden展示了一个半毫米厚度的小鼠大脑海马区的图像,揭示了邻近神经元之间的连接。放大图像还能看到突触结构的细节,叫做boutons,是释放神经递质的地方。Boyden的团队用Expansionmicroscopy还研究了果蝇和斑马鱼的大脑,目前正在用研究人类的大脑。

  技术总是在不断的超越

  加州理工学院的神经学家VivianaGradinaru说,Boyden的这项技术是科学家如何通过改变生物组织绕过固有限制的好例子。2013年,Gradinaru与斯坦福大学的KarlDeisseroth领导的团队报告了一种去除脂肪,从而让小鼠完整大脑透明化的方法。这种方法让厚的组织在光学显微镜下得以成像。去年,Gradinaru的团队将这项技术运用到了其它器官和整只老鼠中。

  悉尼大学显微镜专家GuyCox说:“Expansionmicroscopy确实非常巧妙,但是它的实际用途有多大还不清楚。如果它要用在很关键的地方,我推测它会与超高分辨技术结合起来。它的着重点应该是分子研究,而不是整个细胞。”

声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: