科學(xué)家們利用嬰兒尿不濕里的吸水材料讓大腦組織膨脹，使普通顯微鏡達(dá)到了60nm的分辨率。
顯微鏡能為我們放大活細(xì)胞和組織的影像，要是我們真的能將它們放大會(huì)怎么樣呢？這聽(tīng)起來(lái)像是《愛(ài)麗絲漫游仙境》那樣的童話故事，但實(shí)際上科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了這樣的技術(shù)。這種放大技術(shù)可以在常規(guī)顯微鏡下成像整個(gè)大腦，揭示超越光學(xué)極限的分子細(xì)節(jié)。
上個(gè)月，麻省理工的EdwardBoyden在一次會(huì)議上展示了自己和FeiChen、PaulTillberg開(kāi)發(fā)的膨脹顯微技術(shù)（expansionmicroscopy）。
異曲同工的技術(shù)
膨脹顯微技術(shù)與超高分辨率顯微技術(shù)有異曲同工之妙，都能超越顯微成像的衍射極限。去年，美國(guó)和德國(guó)的三位科學(xué)家因?yàn)槌叻直媛曙@微技術(shù)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，光學(xué)顯微鏡的“衍射極限”一直被認(rèn)為是無(wú)法超越的。近年來(lái)，科學(xué)家們從不同途徑“突破”了這一極限，使人們能夠分辨相距少于200nm的兩個(gè)物體。目前的超高分辨率顯微技術(shù)能夠分辨相距約20nm的物體。不過(guò)這一技術(shù)需要昂貴的專業(yè)儀器，而且在厚樣本中效果并不那么理想。
神經(jīng)學(xué)科學(xué)家都希望在一群神經(jīng)元甚至整個(gè)大腦中，確定神經(jīng)突觸上的蛋白定位。“我們嘗試將一切放大，”Boyden在美國(guó)NIH的一次會(huì)議上說(shuō)。為此，他的研究團(tuán)隊(duì)使用了丙烯酸鹽（acrylate），丙烯酸鹽是嬰兒尿不濕中主要的鎖水成分。這一物質(zhì)有兩個(gè)特別的性能，一是形成可以固定蛋白的網(wǎng)，二是遇水膨脹。Boyden的組織在膨脹之后，向各方向增大了約4.5倍。
只需要加水
科學(xué)家們先將組織透明化，加入能將特定蛋白錨定在丙烯酸鹽上的熒光分子，然后把丙烯酸鹽注入組織。丙烯酸鹽遇水膨脹之后，熒光標(biāo)記分子彼此被拉遠(yuǎn)，之前用可見(jiàn)光顯微鏡難以分辨的蛋白也變得清晰。Boyden展示，這個(gè)技術(shù)可以分辨膨脹前相距60nm的分子。
值得注意的是，這一技術(shù)能夠很大程度上保留蛋白的相對(duì)定向和連接，保持其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整。據(jù)估算，蛋白相對(duì)位置只被扭曲了1-4%。
膨脹顯微技術(shù)能夠很好的與其它超高分辨率技術(shù)結(jié)合，Boyden介紹道。研究人員用這一技術(shù)膨脹了小鼠的大腦組織，在神經(jīng)突觸的相對(duì)末端測(cè)量了兩個(gè)蛋白的距離。他們的測(cè)量結(jié)果幾乎和超高分辨率技術(shù)得出的結(jié)果一樣。
不過(guò)，膨脹顯微技術(shù)在復(fù)雜組織中進(jìn)行三維成像的效果可能更好，Boyden說(shuō)。他在會(huì)議上展示了0.5mm小鼠大腦海馬體的圖像，揭示了相鄰神經(jīng)元之間的連接。
放大這張圖甚至可以看到微小的突觸結(jié)構(gòu)，釋放神經(jīng)遞質(zhì)的bouton結(jié)構(gòu)。Boyden的團(tuán)隊(duì)用膨脹顯微技術(shù)研究了果蠅和斑馬魚(yú)的大腦，其合作團(tuán)隊(duì)還將這一技術(shù)用于人類大腦。
不斷突破極限
這是科學(xué)家們通過(guò)處理生物學(xué)組織突破硬件極限的又一范例，加州理工的神經(jīng)學(xué)科學(xué)家VivianaGradinaru說(shuō)。Gradinaru與光遺傳學(xué)之父KarlDeisseroth開(kāi)發(fā)了一個(gè)清除脂肪和其它分子的透明化方法。該方法可以使完整的大腦組織變透明，允許光學(xué)顯微鏡成像厚切片。去年，Gradinaru團(tuán)隊(duì)將這一技術(shù)成功用于完整器官和整只小鼠。（相關(guān)報(bào)道：Cell新突破：全身透明的小鼠）
去年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主之一，馬普生物物理化學(xué)所的StefanHell認(rèn)為，膨脹顯微技術(shù)很有意思值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。德國(guó)Rostock大學(xué)的科學(xué)家們?cè)谏鲜兰o(jì)九十年代曾提出過(guò)類似的想法，“看來(lái)Boyden他們找到了真正起作用的方法，”Hell說(shuō)。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/791543.html
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