新型扩张显微技术让隐藏分子“现形”

在活细胞内，蛋白质和其他分子通常紧密地堆积在一起。这些密集的簇很难成像，因为无法将荧光标记嵌在分子之间而使它们可见。据29日发表在《自然·生物医学工程》杂志上的论文，美国麻省理工学院研究人员开发出一种新的方法来克服这一限制，使这些“看不见”的分子变得可见。该技术通过扩大细胞或组织样本来“疏导”分子，从而使得分子更容易被标记。

　　这种方法建立在之前开发的扩张显微镜技术基础之上，能让科学家们可视化以前从未见过的分子和细胞结构。使用这项技术，研究人员可对神经元突触中发现的纳米结构进行成像。他们还对与阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白斑块的结构进行了详细成像。

　　对细胞内的特定蛋白质或其他分子成像需要用与靶标结合的抗体携带的荧光标签对其进行标记。抗体长约10纳米，而典型的细胞蛋白直径通常约为2—5纳米，因此如果目标蛋白堆积得太密，抗体就无法与蛋白结合。

　　为了克服这一障碍，研究人员必须找到一种方法，可在扩大组织的同时保持蛋白质的完整。他们使用热量而不是酶来软化组织，使组织膨胀20倍而不被破坏。分离出的蛋白质在扩增后可用荧光标签进行标记。

　　有了许多可用于标记的蛋白质，研究人员就能识别突触内的微小细胞结构，突触是密集堆积着蛋白质的神经元之间的连接。他们对7种不同的突触蛋白进行了标记和成像，这使得他们能够详细地观察到由钙通道与其他突触蛋白排列而成的“纳米柱”。这些纳米柱被认为有助于提高突触交流的效率。

　　研究人员还使用新技术对β淀粉样蛋白成像，这是一种在阿尔茨海默病患者大脑中形成斑块的多肽。利用小鼠的脑组织，研究人员发现，β淀粉样蛋白形成了以前从未见过的周期性纳米簇，这些β淀粉样蛋白簇还包括钾通道。此外，他们还发现了沿着轴突形成螺旋结构的β淀粉样蛋白分子。

　　研究人员表示，这项技术能将突触可视化，有助于回答许多有关突触蛋白功能障碍的生物学问题。