细胞和组织中许多拥挤的生物分子结构无法标记抗体。 要了解这些结构中的蛋白质如何以纳米级精度排列，需要在标记之前对这些结构进行疏解。
有时，这些结构可能很难成像，因为用于使它们可见的荧光标记无法将自身楔入分子之间。 为了克服这个限制， 麻省理工学院简介 科学家们开发出一种新技术，可以使不可见的分子变得可见。 该方法可以帮助科学家在标记分子之前通过扩大细胞或组织样本来消除分子的拥挤。 这使得分子更容易被荧光标记所接近。
麻省理工学院生物工程、大脑和认知科学教授、Y. Eva Tan 神经技术教授 Edward Boyden 说： “越来越明显的是，扩张过程将揭示许多新的生物学发现。 假设生物学家和临床医生一直在研究体内的一种蛋白质 脑 或其他生物样本，他们以常规方式对其进行标记。 在这种情况下，他们可能会错过整个现象类别。”
正如科学家指出的，这种方法使科学家能够可视化以前从未见过的分子和细胞结构。 在他们的研究中，科学家们可以对突触中发现的纳米结构进行成像 神经元。 他们还对结构进行了成像 阿尔茨海默氏症尽可能详细地描述β-淀粉样蛋白斑块。
媒体实验室助理教授、该研究的主要作者之一德布利娜·萨卡 (Deblina Sarkar) 表示， “我们的技术被称为扩展揭示，可以使用学术实验室中容易获得的硬件来可视化这些以前隐藏的纳米结构。”
在扩展组织之前，科学家们在原始版本的扩展显微镜中将荧光标记应用于感兴趣的分子。 首先进行标记，部分原因是样品的蛋白质需要被酶分解才能放大组织。 这意味着一旦组织被拉伸，就不可能标记蛋白质。
为了克服这个问题，科学家们正在寻找一种方法来扩大组织，同时保持蛋白质完整。 他们没有使用酶，而是使用热量来软化组织。 这使得组织能够扩张 20 倍而不被破坏。 然后，他们分离了扩增后可以用荧光标签标记的蛋白质。
由于科学家可以获取大量蛋白质进行标记，他们可以识别突触内的微小细胞结构。 这些纳米柱被认为有助于提高突触通讯的效率。
麻省理工学院博士后 Jinyoung Kang 说， “这项技术可以用来回答许多有关突触蛋白功能障碍的生物学问题，这些问题涉及 神经退行性疾病。 还没有工具可以很好地可视化突触。”
科学家们利用他们的新技术成像 β-淀粉样蛋白，AD 中的斑块形成肽。 他们使用小鼠的脑组织，发现β淀粉样蛋白形成周期性纳米簇。 这是以前没有见过的。
令人惊讶的是，他们还在β淀粉样蛋白簇中发现了钾通道。 另外，β淀粉样蛋白分子沿着 轴突.
麻省理工学院研究生玛格丽特·施罗德（Margaret Schroeder）也是该论文的作者，她说： “在本文中，我们不会推测这种生物学可能意味着什么，但我们证明它存在。 这只是我们可以看到的新模式的一个例子。”
萨卡尔说， “我对这项技术所揭示的纳米级生物分子模式着迷。 凭借纳米电子学的背景，我开发了需要在纳米工厂中精确对准的电子芯片。 但当我看到大自然在我们的大脑中以纳米级的精度排列生物分子时，我大吃一惊。”
杂志参考：
- Sarkar, D.、Kang, J.、Wassie, AT 等人。 通过迭代扩展显微镜的蛋白质疏密揭示脑组织中的纳米结构。 纳特。 生物医学。 英文 （2022）。 DOI： 10.1038/s41551-022-00912-3
