文章

利用传统显微镜：实现高分辨率成像

时间：2017-4-20 10:12作者：update 阅读(1025) 评论: 5来自: 实验帮

导读：现在，研究人员已经证明在成像前第二次扩张组织可以使分辨率提高到25纳米左右。

　　麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法，实现了组织样本非常高分辨率的成像，对比其他技术提供类似的分辨率，其成本仅为其它方法的一小部分。

　　新技术是在成像前利用常规的光学显微镜进行组织的放大。两年前，麻省理工学院的研究小组表明，有可能扩大组织体积到100倍，实现的图像分辨率约为60纳米。现在，研究人员已经证明在成像前第二次扩张组织可以使分辨率提高到25纳米左右。

　　这种级别的分辨率使科学家能够看到，例如，在大脑突触中的蛋白质聚集的复杂模式情况，这将帮助神经元相互沟通。它还可以帮助研究人员绘制的神经回路，Ed Boyden说，他是在麻省理工学院生物工程和脑与认知科学的副教授。

　　“我们希望能够跟踪完整的脑电路的线路，” Boyden说，他是这项研究的资深作者。“如果你能重建一个完整的大脑回路，也许你可以建立一个计算模型，它可以产生复杂的现象，比如决定和情绪。既然你可以绘制出细胞内产生电脉冲的生物分子，并在细胞间交换化学物质，那么你就有可能模拟大脑的动力学。”

　　这种方法也可以用于成像其他现象，如癌细胞和免疫细胞之间的相互作用，利用不那么昂贵的技术检测病原体，并映射出身体细胞的类型。

　　前麻省理工大学博士后Jae Byum Chang是第一作者的论文，这篇研究论文已经发表在4月17日期《自然方法》杂志上了。

　　双重扩张

　　为了扩大组织样本，研究人员将它们植入一种致密的、均匀生成的凝胶中，这种聚丙烯是一种非常吸收的材料，也可用于尿布。在凝胶形成之前，研究人员使用与特定目标结合的抗体，标记他们想要成像的细胞蛋白。这些抗体承载着DNA构成的“条形码”，而这些DNA又被连接到交联分子上，这些分子与构成可膨胀凝胶的聚合物结合。然后，研究人员将通常保持组织的蛋白质分解，使DNA条形码随着凝胶膨胀而彼此分离。

　　这些放大的样品可以被标记的荧光探针结合的DNA条形码，并利用市售的共聚焦显微镜进行成像，其分辨率通常限于几百纳米。

　　使用这种方法，研究人员以前能够达到约60纳米的分辨率。然而，“单个生物分子远小于5纳米或更小，”Boyden说。“扩展显微镜的原始版本对于许多科学问题都是有用的，但不能等于最高分辨率成像方法，如电子显微镜的性能。”

　　在他们最初的扩展显微镜研究中，研究人员发现，它们可以通过减少交联分子的数量，使聚合物在有序的模式下扩张100倍以上。然而，这使得组织变得不再不稳定。

　　“如果你降低交联密度，那么在扩张过程中聚合物不再保留自己的组织形态，”Boyden说，他是麻省理工学院媒体实验室和麦戈文学院脑科学研究的一员。”那样你失去了重要的信息。”

　　相反，在他们的最新研究中，研究人员修改了他们的技术，使第一次组织扩张后，他们可以创建一个新的凝胶，膨胀组织是利用第二次的方法，他们称之为“迭代扩张。”

　　绘制脑电路

　　使用迭代扩张，研究人员能够成像约25纳米的分辨率，这是类似的高分辨率技术，如随机光学重建显微镜（STORM）的组织。然而，扩张的显微镜更便宜，并且操作更简单，因为不需要专业设备和化学品，Boyden说。该方法也快得多，而且兼容大型的3-D成像。

　　膨胀显微镜的分辨率与扫描电镜（约5纳米）或透射电子显微镜（约为1纳米）不匹配。然而，电子显微镜是非常昂贵的，并不能广泛使用，并且那些显微镜是很难为研究人员标记特定的蛋白质的。

　　在《自然方法》杂志上的论文中，麻省理工学院的团队使用迭代扩展来模拟突触之间的连接，使神经元能够相互通信。在他们最初的扩展显微镜研究中，研究人员能够绘制支架蛋白，这有助于组织上发现的其他数百种突触蛋白。随着新的增强的分辨率，研究人员也能够看到更精细的尺度结构，例如位于突触接收侧的“突触后”在细胞表面的神经递质受体的位置。

　　“我希望我们可以在未来几年，真正开始绘制出这些联通的组织和信号蛋白在突触位置，”Boyden说。

　　他认为，将扩展显微镜和一种叫做时间复用的新工具相结合有助于实现这一目标。目前，只有有限数量的彩色探针可用于图像不同的分子在组织样本。随着时间复用，研究人员可以用荧光探针标记一个分子，取一个图像，然后将探针清洗掉。这可以重复多次，每次使用相同的颜色来标记不同的分子。

　　“通过迭代扩张技术和时间复用相结合，我们在原则上可以有无限的颜色，且具有纳米级分辨率的交大体积的三维成像，”Boyden说。“现在，这些不同的技术可能会很快连接起来，事情将变得越来越激动人心。”

　　研究人员还希望实现第三次的扩张，他们相信，在原则上，可以实现约为5纳米的分辨率。然而，目前的方案是针对有限大小的抗体，用于标记细胞中的分子。这些抗体的长度约为10至20纳米，因此，为了获得分辨率，研究人员需要先创建更小的标记或先将蛋白质彼此分开，然后在扩张后释放抗体。

欢迎关注光电资讯微信公众号，每天将由光电工程师社区网站(oecr.com)编辑团队为您精选行业动态，科技资讯，技术解析，光电科普等精彩内容，欢迎交换友情链接(查看详情)。

鸡蛋

鲜花

握手

雷人

路过

收藏分享邀请

上一篇：发明出来了！控制波导中的光传播的方法下一篇：蓝绿激光：为潜艇水下通信开辟新途径

你可能感兴趣的：

换一组

发表评论

文章

利用传统显微镜：实现高分辨率成像

最新评论

相关分类


热搜: 防雾膜棒料红外反射膜光电二极管镀膜机反射膜光谱仪光电探头真空镀银滤光片光器件应用光学 zemax激光远心镜头 sio2 增透膜离子源栅网 zemax 论文高反膜半反半透膜