新型擴張顯微技術讓隱藏分子“現形”

在活細胞內，蛋白質和其他分子通常緊密地堆積在一起。這些密集的簇很難成像，因為無法將熒光標記嵌在分子之間而使它們可見。據29日發表在《自然·生物醫學工程》雜志上的論文，美國麻省理工學院研究人員開發出一種新的方法來克服這一限制，使這些“看不見”的分子變得可見。該技術通過擴大細胞或組織樣本來“疏導”分子，從而使得分子更容易被標記。

　　這種方法建立在之前開發的擴張顯微鏡技術基礎之上，能讓科學家們可視化以前從未見過的分子和細胞結構。使用這項技術，研究人員可對神經元突觸中發現的納米結構進行成像。他們還對與阿爾茨海默病相關的β淀粉樣蛋白斑塊的結構進行了詳細成像。

　　對細胞內的特定蛋白質或其他分子成像需要用與靶標結合的抗體攜帶的熒光標簽對其進行標記。抗體長約10納米，而典型的細胞蛋白直徑通常約為2—5納米，因此如果目標蛋白堆積得太密，抗體就無法與蛋白結合。

　　為了克服這一障礙，研究人員必須找到一種方法，可在擴大組織的同時保持蛋白質的完整。他們使用熱量而不是酶來軟化組織，使組織膨脹20倍而不被破壞。分離出的蛋白質在擴增后可用熒光標簽進行標記。

　　有了許多可用于標記的蛋白質，研究人員就能識別突觸內的微小細胞結構，突觸是密集堆積著蛋白質的神經元之間的連接。他們對7種不同的突觸蛋白進行了標記和成像，這使得他們能夠詳細地觀察到由鈣通道與其他突觸蛋白排列而成的“納米柱”。這些納米柱被認為有助于提高突觸交流的效率。

　　研究人員還使用新技術對β淀粉樣蛋白成像，這是一種在阿爾茨海默病患者大腦中形成斑塊的多肽。利用小鼠的腦組織，研究人員發現，β淀粉樣蛋白形成了以前從未見過的周期性納米簇，這些β淀粉樣蛋白簇還包括鉀通道。此外，他們還發現了沿著軸突形成螺旋結構的β淀粉樣蛋白分子。

　　研究人員表示，這項技術能將突觸可視化，有助于回答許多有關突觸蛋白功能障礙的生物學問題。