联系我们
当前位置:时时彩走势图怎么看 > 技术支持 > 新技术扩大组织样本,使其更容易成像
新技术扩大组织样本,使其更容易成像
发布日期:2018-05-16

通过物理扩大标本本身,麻省理工学院的研究人员发明了一种新的方法来显示大脑和其他组织的纳米级结构。 /

从16世纪末期第一台显微镜的发明开始,科学家们一直试图以更大的放大倍数观察保存的细胞和组织。最新一代所谓的“超分辨率”显微镜可以看到内部细胞分辨率优于250纳米。

麻省理工学院的一个研究小组现在采用了一种新颖的方法来获得如此高分辨率的图像:他们发现了一种方法,通过将组织样本嵌入到聚合物中,当添加水时膨胀,而不是使其显微镜更强大。这样可以使标本物理放大,然后以更高的分辨率成像。

研究人员说,这种技术使用研究实验室常用的价格便宜的商用化学品和显微镜,可以让更多的科学家获得超分辨率成像。

“而不是购买一台新的显微镜来拍摄纳米级分辨率的图像,您可以在普通显微镜上拍摄图像。您可以让样本变大,而不是试图放大样本发出的光线,“麻省理工学院生物工程与脑与认知科学副教授埃德博伊登说。

博伊登是1月15日在线版科学论文中描述这种新方法的论文的高级作者。该论文的主要作者是研究生Fei Chen和Paul Tillberg。

物理放大

大多数显微镜通过使用透镜将样品发出的光聚焦成放大图像。但是,这种方法有一个基本的限制,即衍射极限,这意味着它不能用于显示远小于所用光波长的物体。例如,如果您使用波长为500纳米的蓝绿光,则看不到小于250纳米的任何物体。

“不幸的是,在生物学领域,事情变得很有趣,”博伊登是麻省理工学院媒体实验室和麦戈文脑研究所的成员。蛋白质复合物,运输有效载荷进出细胞的分子以及其他细胞活动都是在纳米级组织的。

Boyden说,科学家已经想出了一些“非常聪明的技巧”来克服这个限制。但是,这些超分辨率技术对于小而薄的样品效果最佳,并且花费很长时间才能成像大样品。他说:“如果你想绘制大脑图,或者了解肿瘤细胞在转移性肿瘤中的组织方式,或者免疫细胞在自身免疫性攻击中的配置方式,则必须以纳米级精度观察大片组织。”他说。

为了达到这个目标,麻省理工学院的研究小组将注意力集中在样本而不是显微镜上他们的想法是通过将样品嵌入由聚丙烯酸酯制成的可膨胀聚合物凝胶中,使尿液中常见的非常吸收性材料更容易以高分辨率使样品成像。

在扩大组织之前,研究人员首先使用与所选目标结合的抗体标记他们想检查的细胞组分或蛋白质。该抗体与荧光染料以及可以将染料附着到聚丙烯酸酯链上的化学锚连接。

一旦组织被贴上标签,研究人员将聚合物前体加入到聚丙烯酸酯凝胶中并加热形成凝胶。然后他们消化将蛋白质固定在一起的蛋白质,使其均匀地膨胀。然后将样品在无盐水中洗涤以引起100倍的体积膨胀。即使蛋白质已经分解,每个荧光标签的原始位置与组织的整体结构保持相同,因为它固定在聚丙烯酸酯凝胶上。

“你留下的是原始材料的三维荧光铸件。而且演员本身肿胀,不受原始生物结构的阻碍,“蒂尔伯格说。

麻省理工学院的团队用市售的共聚焦显微镜对这种“铸造”进行了成像,通常用于荧光成像,但通常限于数百纳米的分辨率。随着他们扩大的样品,研究人员实现了低至70纳米的分辨率。 “扩大显微镜的过程...应该与许多现有的实验室已有的显微镜设计和系统兼容,”Chen补充道。

大型组织样本

使用这种技术,麻省理工学院的团队能够用标准共聚焦显微镜对500×200×100微米的脑组织进行成像。对于其他超分辨率技术来说,对这种大样本进行成像是不可行的,其需要数分钟的时间来对仅1微米厚的组织切片进行成像,并且由于光散射和其他像差而使其成像大样本的能力受到限制。

“令人兴奋的是,这种方法可以像常规显微镜一样以相同的像素高速获取数据,这与大多数其他方法相比,大多数其他方法都能够达到显微镜的衍射极限,而每像素的衍射极限可以降低1,000倍,”George Church说。哈佛医学院遗传学教授,不属于研究小组。

“其他方法目前有更好的解决方案,但更难使用,或更慢,”蒂尔伯格说。 “我们方法的好处是易于使用,更重要的是,与大容量兼容,这对现有技术来说是具有挑战性的。”

研究人员预计,这项技术可能对科学家试图对大脑细胞进行成像以及如何在大区域彼此连接时非常有用。

“有很多生物学问题需要了解大型结构,”Boyden说。 “特别是对于大脑,您必须能够对大量组织进行成像,而且还能够看到所有纳米级组件的位置。”

虽然Boyden的研究团队专注于大脑,但该技术的其他可能应用包括研究肿瘤转移和血管生成(血管生长以滋养肿瘤),或者可视化免疫细胞在自身免疫性疾病过程中如何攻击特定器官。

该研究由美国国立卫生研究院,纽约干细胞基金会,杰里米和乔伊斯韦特海默,国家科学基金会以及房利美和约翰赫兹基金会资助。

出版物:陈飞,Paul W. Tillberg和Edward S. Boyden,“扩大显微镜”,科学,2015; DOI:10.1126 / science.1260088

来源:麻省理工学院新闻Anne Trafton

图片:费陈和保罗蒂尔伯格