據(jù)悉，科學家們研究出了一種叫expansion microscopy新技術。這項技術使用一種通常在嬰兒尿布中可以找到的材料使生物組織膨脹，從而有效解決了光學顯微鏡的不能區(qū)分距離小于200納米的物體的難題。

這項新技術主要是可使用一種在嬰兒尿布中可以找到的材料使生物組織膨脹。劍橋麻省理工學院（MIT）的神經(jīng)學工程師（neuroengineer）Edward Boyden在上個月舉行的一場會議中與他MIT的同事Fei Chen 和 Paul Tillberg報告了該技術。

Expansion microscopy：超分辨率顯微鏡的轉折

Expansion microscopy是超分辨率顯微鏡的一個轉折。2014年，美國科學家埃里克•白茲格（Eric Betzig），德國科學家斯特凡•W•赫爾（Stefan W. Hell），美國科學家威廉姆•艾斯科•莫爾納爾（William E. Moerner）因超分辨率熒光顯微技術獲得了諾貝爾化學獎。這兩種技術都在試圖繞過物理定律帶來的限制。

1873年，德國物理學家Ernst Abbe推斷，傳統(tǒng)的光學顯微鏡不能區(qū)分距離小于200納米的物體，這大約是可見光[much]短波長的一半。距離小于這個衍射極限的話，物體會變得模糊。光學顯微鏡的髙至分辨率只能達到橫向200納米，縱向600納米。

超高分辨顯微鏡通過使用熒光分子綁定蛋白，更好的定位分子的發(fā)光來源，從而克服了Abbe指出的限制。利用這種技術，科學家可以區(qū)別出距離近達20納米的物體。不過這項技術需要昂貴的、專業(yè)的設備，但可以解決一些厚結構的研究難題，比如大腦或腫瘤。

神經(jīng)科學家們一直想收集大腦更多的分子細節(jié)，比如神經(jīng)突觸中蛋白的位置、兩個神經(jīng)傳遞信息處的連接、甚至環(huán)繞大腦的一組神經(jīng)元。

在NIH的會議中，Boyden說：“我們一直想做的就是找出讓物體變得更大的方法。”為了實現(xiàn)這個目標，他的團隊用了一種叫做acrylate的化合物，該物質(zhì)含有兩種特性：，它可以形成密集的網(wǎng)狀結構將蛋白質(zhì)固定住；第二，它在水存在的情況下會膨脹。

加點水，一切變得很神奇

首先，組織需要經(jīng)過一組化學混合物處理，使它變得透明；然后，用熒光分子綁定特定蛋白；[much]后將acrylate注入組織中。就像嬰兒尿布一樣，加水會使acrylate聚合物膨脹。經(jīng)過拉伸，熒光標記的分子之間的距離越來越遠。之前因為太近無法區(qū)別的蛋白在光學顯微鏡中有了新的焦點。在Boyden的展示中，該技術可以解決膨脹前分子距離近達60納米的難題。

[much]重要的一點是，膨脹的過程很大程度上維持了蛋白之間的相對方向和連接，保持其它細胞結構的完整。該技術使蛋白相對位置的失真程度為1-4%。Expansion microscopy與其它超高分辨技術相比表現(xiàn)了良好的性能。

在一項試驗中，研究人員用Expansion microscopy測定膨脹的小鼠大腦神經(jīng)突觸兩端的蛋白質(zhì)之間的距離，結果與用超高分辨技術測量的數(shù)據(jù)幾乎相同。

此外，Expansion microscopy在復雜組織的三維成像上表現(xiàn)的更好。在會議中，Boyden展示了一個半毫米厚度的小鼠大腦海馬區(qū)的圖像，揭示了鄰近神經(jīng)元之間的連接。放大圖像還能看到突觸結構的細節(jié)，叫做boutons，是釋放神經(jīng)遞質(zhì)的地方。Boyden的團隊用Expansion microscopy還研究了果蠅和斑馬魚的大腦，目前正在用研究人類的大腦。

悉尼大學顯微鏡專家Guy Cox說：“Expansion microscopy確實非常巧妙，但是它的實際用途有多大還不清楚。如果它要用在很關鍵的地方，我推測它會與超高分辨技術結合起來。它的著重點應該是分子研究，而不是整個細胞。