科學(xué)家們利用嬰兒尿不濕里的吸水材料讓大腦組織膨脹，使普通顯微鏡達(dá)到了60nm的分辨率。

顯微鏡能為我們放大活細(xì)胞和組織的影像，要是我們真的能將它們放大會怎么樣呢？這聽起來像是《愛麗絲漫游仙境》那樣的童話故事，但實(shí)際上科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了這樣的技術(shù)。這種放大技術(shù)可以在常規(guī)顯微鏡下成像整個大腦，揭示超越光學(xué)極限的分子細(xì)節(jié)。

上個月，麻省理工的EdwardBoyden在一次會議上展示了自己和FeiChen、PaulTillberg開發(fā)的膨脹顯微技術(shù)（expansionmicroscopy）。

異曲同工的技術(shù)

膨脹顯微技術(shù)與超高分辨率顯微技術(shù)有異曲同工之妙，都能超越顯微成像的衍射極限。去年，美國和德國的三位科學(xué)家因?yàn)槌�高分辨率顯微技術(shù)獲得了諾貝爾化學(xué)獎。

幾個世紀(jì)以來，光學(xué)顯微鏡的“衍射極限”一直被認(rèn)為是無法超越的。近年來，科學(xué)家們從不同途徑“突破”了這一極限，使人們能夠分辨相距少于200nm的兩個物體。目前的超高分辨率顯微技術(shù)能夠分辨相距約20nm的物體。不過這一技術(shù)需要昂貴的專業(yè)儀器，而且在厚樣本中效果并不那么理想。

神經(jīng)學(xué)科學(xué)家都希望在一群神經(jīng)元甚至整個大腦中，確定神經(jīng)突觸上的蛋白定位。“我們嘗試將一切放大，”Boyden在美國NIH的一次會議上說。為此，他的研究團(tuán)隊(duì)使用了丙烯酸鹽（acrylate），丙烯酸鹽是嬰兒尿不濕中主要的鎖水成分。這一物質(zhì)有兩個特別的性能，一是形成可以固定蛋白的網(wǎng)，二是遇水膨脹。Boyden的組織在膨脹之后，向各方向增大了約4.5倍。

只需要加水

科學(xué)家們先將組織透明化，加入能將特定蛋白錨定在丙烯酸鹽上的熒光分子，然后把丙烯酸鹽注入組織。丙烯酸鹽遇水膨脹之后，熒光標(biāo)記分子彼此被拉遠(yuǎn)，之前用可見光顯微鏡難以分辨的蛋白也變得清晰。Boyden展示，這個技術(shù)可以分辨膨脹前相距60nm的分子。

值得注意的是，這一技術(shù)能夠很大程度上保留蛋白的相對定向和連接，保持其它細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整。據(jù)估算，蛋白相對位置只被扭曲了1-4%。

膨脹顯微技術(shù)能夠很好的與其它超高分辨率技術(shù)結(jié)合，Boyden介紹道。研究人員用這一技術(shù)膨脹了小鼠的大腦組織，在神經(jīng)突觸的相對末端測量了兩個蛋白的距離。他們的測量結(jié)果幾乎和超高分辨率技術(shù)得出的結(jié)果一樣。

不過，膨脹顯微技術(shù)在復(fù)雜組織中進(jìn)行三維成像的效果可能更好，Boyden說。他在會議上展示了0.5mm小鼠大腦海馬體的圖像，揭示了相鄰神經(jīng)元之間的連接。

放大這張圖甚至可以看到微小的突觸結(jié)構(gòu)，釋放神經(jīng)遞質(zhì)的bouton結(jié)構(gòu)。Boyden的團(tuán)隊(duì)用膨脹顯微技術(shù)研究了果蠅和斑馬魚的大腦，其合作團(tuán)隊(duì)還將這一技術(shù)用于人類大腦。

不斷突破極限

這是科學(xué)家們通過處理生物學(xué)組織突破硬件極限的又一范例，加州理工的神經(jīng)學(xué)科學(xué)家VivianaGradinaru說。Gradinaru與光遺傳學(xué)之父KarlDeisseroth開發(fā)了一個清除脂肪和其它分子的透明化方法。該方法可以使完整的大腦組織變透明，允許光學(xué)顯微鏡成像厚切片。去年，Gradinaru團(tuán)隊(duì)將這一技術(shù)成功用于完整器官和整只小鼠。（相關(guān)報(bào)道：Cell新突破：全身透明的小鼠）

去年諾貝爾化學(xué)獎得主之一，馬普生物物理化學(xué)所的StefanHell認(rèn)為，膨脹顯微技術(shù)很有意思值得進(jìn)一步開發(fā)。德國Rostock大學(xué)的科學(xué)家們在上世紀(jì)九十年代曾提出過類似的想法，“看來Boyden他們找到了真正起作用的方法，”Hell說。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaozhong/791543.html

相關(guān)閱讀：轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)思路