顯微鏡(jing)(jing)一(yi)直是生物學研究中的(de)(de)重要工具，隨著技術的(de)(de)發展顯微鏡(jing)(jing)的(de)(de)分辨率在不斷提高。最新的(de)(de)超(chao)高分辨率顯微鏡(jing)(jing)已經達到了超(chao)越衍(yan)射極限的(de)(de)分辨率。現在MIT的(de)(de)研究團隊通過另一(yi)種巧妙的(de)(de)方式達到了同樣的(de)(de)目的(de)(de)。
研究人員并沒有在(zai)顯(xian)(xian)微鏡上下功夫，而是從(cong)組織樣本下手，利用一種吸水膨脹的(de)聚(ju)合物(wu)將組織樣本整(zheng)體放大。這種方法非常簡(jian)單成本也很低，能(neng)用普(pu)通共聚(ju)焦顯(xian)(xian)微鏡達到超越200nm的(de)分辨(bian)率。這項(xiang)發表在(zai)Science上的(de)成果(guo)，能(neng)使(shi)更多(duo)科(ke)學家接(jie)觸(chu)到超高分辨(bian)率成像。
“你在(zai)常規顯(xian)微(wei)鏡下就可(ke)以實現(xian)超高分(fen)辨率成像，不需要(yao)購(gou)買新設備，”文章(zhang)的資深作(zuo)(zuo)者(zhe)，MIT的副教授Ed Boyden說(shuo)，Fei Chen和(he)Paul Tillberg是這(zhe)篇文章(zhang)的第一作(zuo)(zuo)者(zhe)。
物理放大
衍射極限曾經是光學顯微鏡的(de)最大障(zhang)礙之一，使其(qi)分辨率(lv)無法突(tu)破200nm，然(ran)而這個尺度恰恰是生物學家最感興趣的(de)。為了(le)克服這個問(wen)題，科學家們開發(fa)了(le)超高分辨率(lv)顯微技術，該技術獲(huo)得了(le)去年的(de)諾貝爾化(hua)學獎。
然(ran)而，超(chao)高分辨(bian)率顯微(wei)鏡最適合(he)用于薄樣本，成像大(da)樣本的時間(jian)比較長。“如果想要分析大(da)腦，或者(zhe)理解腫(zhong)瘤(liu)轉移中的癌細胞(bao)，或者(zhe)研(yan)究攻擊自(zi)身的免疫細胞(bao)，你需要在(zai)高分辨(bian)率水平上觀察大(da)塊的組織，”Boyden說。
為了(le)使(shi)組織樣本更容易成(cheng)像，研究人(ren)員使(shi)用(yong)了(le)聚丙烯酸鹽制成(cheng)的凝膠，這(zhe)是(shi)一種高度吸水的材料，通常(chang)用(yong)于尿(niao)不濕中。
研(yan)究人員首先用抗體標(biao)記(ji)想要(yao)研(yan)究的(de)細胞組(zu)分或(huo)蛋白，這種抗體不僅連有(you)熒(ying)光(guang)染料，還能夠將染料連到聚丙(bing)(bing)烯(xi)酸鹽上。研(yan)究人員向樣本添加聚丙(bing)(bing)烯(xi)酸鹽并(bing)使其形成(cheng)凝膠，然后(hou)消化掉起(qi)連接作用的(de)蛋白，允(yun)許(xu)樣本均(jun)勻膨脹。樣本遇到無鹽的(de)水之(zhi)后(hou)膨脹了100倍(bei)，但(dan)熒(ying)光(guang)標(biao)記(ji)在整個組(zu)織(zhi)中的(de)定位并(bing)沒有(you)改變(bian)。
人們(men)一般用(yong)普(pu)通(tong)共聚焦顯微鏡進行熒光成像，不過(guo)(guo)它的分辨(bian)率只(zhi)能(neng)達到幾百納米(mi)。研究人員通(tong)過(guo)(guo)放大樣(yang)本(ben)，用(yong)共聚焦顯微鏡達到了(le)70nm的分辨(bian)率。“這(zhe)種膨脹(zhang)顯微技術能(neng)夠(gou)很好的整合到實(shi)驗室已有的顯微系統中，”Chen補(bu)充道。
大樣本
MIT的研(yan)究團隊(dui)用這種膨脹顯微(wei)技(ji)術，在常規共聚焦顯微(wei)鏡下成像了500×200×100微(wei)米的大腦組(zu)織切片。而(er)其他超(chao)高分辨(bian)率技(ji)術難以成像這么大的樣本。
“其他(ta)技術目前可以達到更高的分辨率，但使用起來比較難也(ye)比較慢，”Tillberg說。“我(wo)們這(zhe)個方法的優勢在于，使用簡單而(er)且(qie)支持大(da)樣本(ben)。”
研(yan)究人員認為，這一技(ji)術對于(yu)研(yan)究大腦的(de)神經連(lian)接非常有(you)用(yong)。Boyden的(de)團隊(dui)將注意力放在大腦研(yan)究上，不過這一技(ji)術同樣適用(yong)于(yu)腫(zhong)瘤轉移(yi)、腫(zhong)瘤血管生成、自身免(mian)疫(yi)疾病等研(yan)究。
