先进的显微镜技术为细胞内部提供了新的视角

想象一下，收看一场足球比赛，但除了两名四分卫之外，所有球员都是看不见的。如果无法看到整个团队精心策划的动作，这将是一场非常令人困惑的比赛。

研究人员在显微镜下对细胞进行成像时也面临着类似的困境。在一个细胞中，生活着一个由数百万个分子相互作用组成的复杂生态系统。观察细胞器、蛋白质和其他微小的亚细胞成分需要超分辨率显微镜。然而，这个过程目前使研究人员一次只能可视化少数几个不同的目标。

耶鲁大学科学家开发的一种新的显微镜技术提供了一种前所未有的方法来观察单个细胞的内部运作。这项名为FLASH-PAINT的新技术允许研究人员查看可能无限数量的不同分子。该过程的核心是成像探针或试剂的新应用，这些探针或试剂是应用于生物标本的化合物，以增强科学家检测微小细节的能力。该团队于3月28日在 《细胞》 上发表了他们的研究结果。

“如果你只能看到一种或两种蛋白质，你就错过了大局，”Harvey和Kate Cushing细胞生物学教授兼首席研究员Joerg Bewersdorf博士说。“我们现在可以以非常优雅和快速的方式对尽可能多的蛋白质和其他特征进行成像。

新型成像探针可瞬时结合无限数量的分子

目前用于可视化内部细胞过程的方法涉及将抗体与由单链 DNA 和荧光染料组成的成像探针结合使用。抗体将探针引导至其靶标，其中 DNA 链与抗体上的互补“对接”DNA 链结合。

这种技术的一个局限性是每个目标都需要自己的成像探头。例如，如果一个团队想要查看 10 个不同的目标，则需要应用 10 个探针。“但是，如果我们的愿景是对细胞中的每种蛋白质进行成像，那么大约有20,000种不同的蛋白质，”细胞生物学副研究科学家，该论文的第一作者FlorianSchüder博士说。他说，用现有的技术对这些细胞进行成像是不可行的。

为了克服这一障碍，耶鲁大学团队引入了一种介于成像探针和目标之间的适配器。该适配器的设计非常灵活，可以将任何类型的探头与任何类型的目标连接起来。这项新技术成功的关键在于，适配器与目标的结合时间非常短。“它能够轻松地从一个目标切换到下一个目标，这一点非常重要，”Bewersdorf 说。

快速且具有成本效益的显微镜为新发现铺平了道路

新探针的瞬态结合和与众多目标连接的能力使 FLASH-PAINT 的速度提高了 100 倍，而且成本仅为当前超分辨率显微镜技术的一小部分。“这将加快科学发现过程，”Bewersdorf说。“我们现在可以做一个实验，而不是做一个实验来观察一种或两种蛋白质的单个相互作用，我们可以看到所有可能的相互作用。

该团队希望FLASH-PAINT能够使研究人员能够可视化以前无法访问的复杂亚细胞过程，这反过来又可以帮助临床医生学习如何更好地治疗包括癌症在内的一系列疾病。“有许多参与者参与与疾病作斗争，只有当你真正看到他们时，你才能有充分的了解，”Bewersdorf说。

在进一步的研究中，耶鲁大学团队正在探索FLASH-PAINT在组织成像中的应用及其作为诊断工具的潜力。

研究人员指出，如果没有细胞生物学教授Derek Toomre博士和Sterling细胞生物学教授James E. Rothman博士实验室的贡献，他们的工作是不可能的。