研究人员改进显微镜方法以膨胀细胞结构 将精细细节带入视野

细胞生物学家的工作规模令人沮丧。像他们在粒子物理学方面的同事一样，这些科学家研究了关于我们生活和世界的基本问题 - 但这些问题超出了我们灵长类动物眼睛的技能范围。显微镜有助于将这个昔日无形的世界变为焦点 - 自从它们发明以来的几个世纪以来，显微镜的进步帮助科学家在细胞水平上可视化生活的许多细节。但是这些方法具有成本昂贵的设备和复杂的样品处理 - 最终限制了它们的广泛使用。

显微镜也有其局限性。Light固有的波状行为限制了显微镜的分辨能力。我们存在的最微小细节 - 从扭曲的DNA链到球状细胞器 - 即使是最好和最昂贵的显微镜也难以直接观察。但华盛顿大学的科学家们最近报道了一种相对简单的方法，可以让普通的实验室显微镜快速有效地照亮许多细胞结构。他们没有修改显微镜来提高分辨率。相反，他们使用一种方法来膨胀细胞内的微小复杂结构，使它们在显微镜现有的分辨范围内。

“这是一种全新的显微镜检查方式，”威斯康星大学化学教授约书亚沃恩说，他是一篇论文的高级作者，详细描述了他们在自然方法方面的方法。“重点主要放在硬件上 - 提高了显微镜的分辨率。在这里，我们扩展了单元的内部空间，以便将其展现出来。”

适当地，这种技术称为扩展显微镜。

“这是一种简单而有效的方法，效果惊人，”沃恩补充道。他的团队受到了麻省理工学院开发的扩展方法的启发。麻省理工学院的研究人员用一种复杂的，基于DNA的荧光探针染色细胞，使细胞内容物可见。然后，他们用可膨胀聚合物处理细胞，该聚合物与定制探针相连，并将样品“充气”至其原始尺寸的四倍。但是，这种方法很费力，需要专门的，昂贵的试剂。

“当我看到他们的方法时，我觉得这很棒，”沃恩说。“但我们想知道是否有办法使用更简单的染色策略和常规探针进行此操作。这将使数千个实验室可以使用扩展显微镜。”

Vaughan的团队不再采用复杂的荧光探针，而是采用与抗体结合的常规荧光染料，这种染料更易于使用，并开发了一种简单的化学处理方法，可使抗体与聚合物相连。然后，他们用可膨胀的聚合物以及可以在蛋白质中产生小“剪切”的酶来处理他们的染色样品 - 哺乳动物脑组织和培养细胞的切片，以帮助它们扩展。

他们使用这种基本方法为扩增显微镜提出了两种染色方案 - 一种对个体细胞更有效，另一种对组织切片有效。在显微镜下，他们的图像显示出明显更亮的污渍，同时保持优异的分辨率。作为额外的奖励，他们的方法还可以使用荧光蛋白进行扩增显微镜检查，这是生物学家使用的另一种流行的荧光探 重要的是，UW团队能够在传统的，广泛使用的实验室显微镜上获得这些高分辨率图像。

“我们认为这将使扩展显微镜成为研究人员广泛使用的技术，他们希望通过相对简单，低成本的方法可视化他们正在研究的内容，同时也具有出色的性能，”Vaughan说。沃恩说，他希望其他研究小组能够改变他的团队对其他生物或细胞类型的基本方法，特别是像细胞壁这样能抵抗扩张的结构。鉴于扩展显微镜所阐明的细节，一个隐藏的世界等待着。