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來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
記者:劉霞
美國(guó)哈佛大學(xué)科學(xué)家研制出一種新型成像技術(shù)。這是一種多色顯微鏡技術(shù),巧妙融合了電子顯微鏡與熒光顯微鏡的雙重優(yōu)勢(shì),使研究人員能在納米級(jí)分辨率下,同步觀測(cè)細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)與特定蛋白質(zhì)位置。相關(guān)成果已于2月21日至25日在美國(guó)舊金山召開(kāi)的第70屆生物物理學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)布。
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受真菌感染果蠅的多色電子顯微鏡圖像。圖中可見(jiàn)真菌的細(xì)胞核(綠色)、線粒體(紫色)以及果蠅表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖片來(lái)源:物理學(xué)家組織網(wǎng)
這一突破解決了生物成像領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的兩難困境:以往科學(xué)家要么能看清細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu),要么能追蹤特定分子,卻難以兩者兼得。新技術(shù)的問(wèn)世,為解析細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)到分子簇組織等各類生命過(guò)程打開(kāi)了新窗口,也讓科學(xué)家們能精準(zhǔn)定位這些過(guò)程在細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)的具體發(fā)生位點(diǎn)。
傳統(tǒng)熒光顯微鏡通過(guò)將發(fā)光標(biāo)簽附著于目標(biāo)蛋白,利用可見(jiàn)光激發(fā)標(biāo)簽發(fā)光來(lái)定位分子。這一技術(shù)雖擅長(zhǎng)“定點(diǎn)”,但其分辨率約250—300納米,無(wú)法清晰分辨單個(gè)蛋白質(zhì),更難以觀察細(xì)胞的整體骨架。反之,電子顯微鏡雖能以納米級(jí)精度精確描繪細(xì)胞結(jié)構(gòu),卻難以識(shí)別特定的分子標(biāo)記。
此前,科學(xué)家曾嘗試將兩種圖像拍攝后疊加,但對(duì)于腦組織等大尺寸樣本,圖像的精確對(duì)齊極難實(shí)現(xiàn)。
哈佛團(tuán)隊(duì)的解決方案簡(jiǎn)潔而優(yōu)雅:棄用雙重成像,改用單束電子束實(shí)現(xiàn)“一石二鳥(niǎo)”。
團(tuán)隊(duì)解釋道,他們開(kāi)發(fā)的新技術(shù)不發(fā)射光線,而是發(fā)射電子束。他們開(kāi)發(fā)了一種特殊探針,可附著在目標(biāo)蛋白上。當(dāng)電子束激發(fā)探針時(shí),其會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光,此過(guò)程稱為“陰極發(fā)光”。于是,同一束電子束便能提供兩組關(guān)鍵信息:探針發(fā)出的彩色信號(hào),以及電子散射形成的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖像。該技術(shù)已在哺乳動(dòng)物細(xì)胞及生物組織(如受真菌侵染的果蠅)中驗(yàn)證有效。
不過(guò),現(xiàn)行方法僅能生成二維平面圖像,團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將其拓展至三維領(lǐng)域。下一步的目標(biāo)是將該技術(shù)應(yīng)用于冷凍電子顯微鏡,通過(guò)快速冷凍技術(shù)保持細(xì)胞自然狀態(tài),并從多角度成像,最終構(gòu)建出細(xì)胞的3D模型。
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