Nat Methods：新的成像技术可以显示整个细胞和组织内的纳米级结构
来源：本站原创 2020-05-29 08:59
2020年5月29日讯/生物谷BIOON /--自从350年前Robert Hooke第一次在微生物学中描述细胞以来，显微镜在理解生命的规则中扮演了重要的角色。然而，最小的可分辨特征--分辨率--受光的波动特性所限制的。这个有百年历史的屏障限制了对细胞功能、相互作用和动力学的理解，尤其是在亚微米到纳米尺度上。超分辨率荧光显微镜克服了这一基本限制，提供了高达1
2020年5月29日讯/生物谷BIOON /--自从350年前Robert Hooke第一次在微生物学中描述细胞以来，显微镜在理解生命的规则中扮演了重要的角色。
然而，最小的可分辨特征--分辨率--受光的波动特性所限制的。这个有百年历史的屏障限制了对细胞功能、相互作用和动力学的理解，尤其是在亚微米到纳米尺度上。
超分辨率荧光显微镜克服了这一基本限制，提供了高达10倍的分辨率的改进，并允许科学家在前所未有的空间分辨率上可视化细胞和生物分子的内部工作。
然而，当观察全细胞或组织样本时，比如在癌症或大脑研究中经常分析的样本，这种分辨能力就会受到阻碍。从样本内部的分子发出的光信号，以不同的速度通过细胞或组织结构的不同部分，导致畸变，这将影响图像质量。
现在，普渡大学的研究人员开发了一种新技术来克服这一挑战。
"我们的技术允许我们直接通过单分子产生的信号测量标本引起的波前畸变，包括细胞或组织。"普渡大学的工程学院生物医学工程助理教授Huang Fang说道。"通过对这种扭曲的了解，我们可以精确定位单个分子的位置。我们获得了细胞或组织体积内成千上万个独立分子的坐标，并利用这些坐标来揭示样品成分的纳米级结构。"
研究小组的这项技术最近发表在《自然方法》(Nature Methods)杂志上，题为"Three-dimensional nanoscopy of whole cells and tissues with in situ point spread function retrieval"。
图片来源：Purdue University
"在三维超分辨率成像过程中，我们记录了成千上万的单个荧光分子的发射模式，"黄实验室的博士后助理、该论文的第一作者之一Fan Xu说。"这些发射模式可以被看作是在不同轴向位置的随机观测，这些观测数据来自描述这些发射模式在不同深度的形状的底层3D点扩展函数，我们的目标是检索这些数据。我们的技术使用两个步骤：分配和更新，以迭代检索记录的单个分子数据集的波前畸变和三维响应，其中包含在任意位置的分子的发射模式。"
普渡大学的技术允许在整个细胞和组织内精确到几纳米的范围内找到生物分子的位置，从而以高分辨率和保真度分辨细胞和组织结构。
黄实验室的博士后研究员、该论文的第一作者之一Donghan Ma说："这一进展扩大了超分辨率显微镜的常规应用范围，从靠近盖玻片的选定细胞目标扩展到深入组织内部的细胞内和细胞外目标。这种新发现的可视化能力可以帮助我们更好地理解神经退行性疾病，比如阿尔茨海默氏症，以及许多其他影响大脑和身体各个部位的疾病。"
Landreth说："这项技术进步是惊人的，它将从根本上改变我们评估老年痴呆症病理特征的准确性。我们能够看到越来越小的物体以及它们之间的相互作用，这有助于揭示我们以前没有意识到的结构复杂性。"
Calve说，这项技术是再生疗法的一个进步，有助于促进身体内部的修复。
Calve说："这一进展对于理解组织生物学和可视化结构变化是至关重要的。"
Chubykin的实验室主要研究自闭症和影响大脑的疾病，他说高分辨率成像技术为理解大脑中的障碍提供了一种新方法。
"这在功能和结构分析方面是一个巨大的突破，"Chubykin说。"我们可以更详细地观察大脑，甚至用基因工具标记特定的神经元，以供进一步研究。"（生物谷Bioon.com）
参考资料：
Xu， F.， Ma， D.， MacPherson， K.P. et al. Three-dimensional nanoscopy of whole cells and tissues with in situ point spread function retrieval. Nat Methods 17， 531-540 (2020). https：//doi.org/10.1038/s41592-020-0816-x
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