新型膨胀显微镜让隐藏分子“显形”

在活细胞中，蛋白质和其他分子通常紧紧地挤在一起。这些密集的簇很难成像，因为荧光标记无法嵌入分子之间使其可见。根据29日发表在《自然生物医学工程》杂志上的论文，麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法来克服这种限制，使这些“看不见的”分子变得可见。这种技术通过放大细胞或组织样本来“修饰”分子，从而使分子更容易标记。

这种方法基于之前开发的膨胀显微镜技术，该技术允许科学家可视化他们从未见过的分子和细胞结构。利用这项技术，研究人员可以对神经元突触中的纳米结构进行成像。他们还对与阿尔茨海默病相关的淀粉样蛋白斑块的结构进行了详细成像。

对细胞中的特定蛋白质或其他分子进行成像需要用荧光标记对其进行标记，该荧光标记由与目标结合的抗体携带。抗体大约10纳米长，而典型的细胞蛋白质直径通常约为2-5纳米。因此，如果目标蛋白质堆叠得太紧密，抗体就不能与蛋白质结合。

为了克服这一障碍，研究人员必须找到一种方法来扩大组织，同时保持蛋白质的完整性。他们利用热量而不是酶来软化组织，使其膨胀20倍而不被损坏。扩增后分离的蛋白质可以用荧光标记进行标记。

有了许多可用于标记的蛋白质，研究人员可以识别突触中的微小细胞结构，突触是密集填充蛋白质的神经元之间的连接。他们对7种不同的突触素进行了标记和成像，这使他们能够详细观察钙通道和其他突触素排列形成的“纳米柱”。这些纳米柱被认为有助于提高突触通讯的效率。

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

研究人员表示，这项技术可以将突触可视化，并有助于回答许多关于突触蛋白功能障碍的生物学问题。