科學(xué)家開發(fā)了一種創(chuàng)新技術(shù)，將擴增顯微鏡與質(zhì)譜成像相結(jié)合，以單細(xì)胞分辨率可視化完整組織中的數(shù)百種生物分子。
這一突破可以通過揭示組織內(nèi)的分子布局來改變我們對衰老和疾病等生物過程的理解。由于不需要專門的設(shè)備，這種方法很容易采用，為世界各地的實驗室打開了新的大門。
可視化分子的挑戰(zhàn)
對生物學(xué)家來說，視覺是理解的必要條件，但這并不總是那么容易。
一個主要的挑戰(zhàn)是可視化完整組織樣本中所有不同的分子，一直到單個細(xì)胞。能夠在自然環(huán)境中精確定位數(shù)百甚至數(shù)千種生物分子（如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和代謝物）的位置，有助于研究人員研究這些分子的功能和相互作用。然而，現(xiàn)有的工具無法提供這種全面的視圖。
標(biāo)準(zhǔn)的成像方法，如各種形式的顯微鏡，使科學(xué)家能夠看到細(xì)胞內(nèi)部，但它們一次只能追蹤幾個特定的分子。一些生物分子，特別是某些脂質(zhì)，很難用這些技術(shù)檢測出來。另一方面，傳統(tǒng)的質(zhì)譜法可以檢測到廣泛的分子，但它需要分解組織，因此無法看到這些分子是如何在空間上排列的。
質(zhì)譜成像介紹
質(zhì)譜成像提供了部分解決方案。它允許研究人員在完整的組織樣本中同時觀察許多不同的生物分子。然而，它的分辨率還不足以分辨單細(xì)胞水平上的分子細(xì)節(jié)。
這是Janelia高級組長王蒙（音譯）面臨的問題。她的團隊研究了推動衰老和長壽的生物機制，他們需要一種方法來觀察整個組織中的各種生物分子，以了解這些成分如何隨時間變化。
王蒙解釋說：“了解每個特定位置的分子以及鄰近細(xì)胞中的分子，對任何一種生物學(xué)問題都是非常重要的。”
擴展顯微鏡作為游戲規(guī)則的改變者
幸運的是，王蒙的實驗室就在Janelia首席科學(xué)家保羅·蒂爾伯格的大廳里。蒂爾伯格在麻省理工學(xué)院讀研究生時參與發(fā)明了一種叫做膨脹顯微鏡的技術(shù)。該方法使用一種可膨脹的水凝膠材料，使樣品在各個方向均勻地膨脹，直到用傳統(tǒng)顯微鏡可以檢測到亞細(xì)胞器結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在已經(jīng)有10年的歷史了，這種擴展方法正被應(yīng)用到傳統(tǒng)顯微鏡之外的其他方法中。王蒙、蒂爾伯格和他們在Janelia和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的合作者想看看他們是否可以利用膨脹來克服質(zhì)譜成像的空間分辨率問題。
以單細(xì)胞分辨率觀察分子
結(jié)果是一種新的方法，可以逐漸擴大組織樣本，而不必在分子水平上降解它們，就像在最初的擴張過程中發(fā)生的那樣。通過向各個方向擴展完整的樣品，研究人員可以使用質(zhì)譜成像同時在其原生位置檢測單細(xì)胞水平的數(shù)百個分子。
蒂爾伯格說：“這讓你在分子空間中有一個無目標(biāo)的觀察，我們正試圖使它更接近顯微鏡在空間分辨率方面所能做的事情。”
繪制大腦中的分子特征
研究小組利用這項新技術(shù)描繪了小腦不同層中小分子的特定空間模式。他們發(fā)現(xiàn)這些分子 —— 包括脂質(zhì)、多肽、蛋白質(zhì)、代謝物和聚糖 —— 并不像之前認(rèn)為的那樣均勻分布。此外，他們發(fā)現(xiàn)小腦的每個特定層都有自己的脂質(zhì)、代謝物和蛋白質(zhì)特征。
該團隊還能夠檢測腎臟、胰腺和腫瘤組織中的生物分子，證明該方法可以適用于許多不同的組織類型。在腫瘤組織中，他們能夠可視化生物分子的巨大變化，這可能有助于理解腫瘤的分子機制，并可能有助于藥物開發(fā)。
王蒙說：“當(dāng)你看到這些生物分子時，你就可以開始理解為什么它們有這樣的模式，以及這與功能有什么關(guān)系?！彼J(rèn)為，這項新技術(shù)將使研究人員能夠在發(fā)育、衰老和疾病期間追蹤這些模式，以了解不同的分子是如何參與這些過程的。
廣泛的可及性和未來潛力
由于新方法不需要在現(xiàn)有的質(zhì)譜成像系統(tǒng)上增加硬件，而且擴展技術(shù)相對容易學(xué)習(xí)，研究小組希望它能被世界各地的許多實驗室使用。
如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！
熱門跟貼