活体细胞的新型成像技术

要进行高分辨率成像，细胞通常必须切片，切块，脱水，涂上有毒的污渍，或嵌入树脂中。这种过程对于细胞来说，结果一定是死亡。 f| _u7"OX  
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但是，如果研究人员只能观察死亡细胞的内部运作，他们就只能看到细胞故事的一部分。它们不能监测活细胞的动态实时过程，如代谢反应或对疾病或治疗的反应。 ^9Qy/Er'  
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“子细胞成分和结构对行为的复杂的细胞整体和系统生物学将产生深远的影响，”西北大学的Gajendra Shekhawat说。“然而，解开细胞内的结构和成分也是非常具有挑战性的，因为它们是如此脆弱。” I$q]. B  
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现在西北大学材料科学与工程学院的Shekhawat和Vinayak P. Dravid教授，已经开发了一种新的非侵入性的成像系统，使得它可以在纳米尺度的分辨率的活细胞的亚细胞结构。所谓的超声探针，结合超声波技术与原子力显微镜，在活细胞中测定其力学性能的变化。 ljTBvU  
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这项研究由美国国家科学基金会(NSF)和国家心脏、肺和血液研究所资助，最近发表在《Science Advances》杂志上。Shekhawat和Dravid作为论文的共同通讯作者。Shekhawat是材料科学与工程研究的副教授，也是该论文的第一作者。这项研究是在西北大学原子与纳米尺度表征实验中心完成的。NUANCE是美国国家科学基金会设立的支持国家纳米技术协调基础设施计划，总部设在西北大学，利用软质和混合纳米技术实验资源。 v~QHMg  
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尽管在成像方面取得了新进展，但目前还没有一种方法能提供高分辨率和高灵敏度的活体亚细胞结构图像。荧光显微镜和共聚焦显微镜是监测细胞内生物相互作用的传统方法，其空间分辨率很低，需要侵入性染料或标记来增强对比度和突出生物组织内的结构。 p sL?Y  
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光和声波成像无法看到小于几百纳米的结构。扫描探针显微镜可以提供很高的空间分辨率，但只能识别细胞表面结构而不是细胞内的对等物。虽然电子显微镜可以在亚细胞水平上观察细微的细节，但这是一种破坏性的技术，不能用于活体生物组织。 >leU:7  
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“研究过程中有许多障碍存在，”Dravid说，他是Nuance中心和SHyNE实验室的主任。“表征生物过程的复杂动力学，特别是在纳米级分辨率的信号通路，仍然是一个挑战。” i&{DOI%w  
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不过Shekhawat和Dravid的超声探针，绕过这些问题。它的超声无损成像深埋了细胞内的特征。它的原子力显微镜探头提供了高灵敏度和机械对比度的散射超声波。结果呢？生物组织和细胞内部的结构和成分呈现了非破坏性、高对比度、纳米级图像。 }gJ(DbnV  
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“使用这种非侵入性的方法，我们可以检测复杂生物体系中的分子变化的实时成像，”Shekhawat说。“这可能为早期诊断和制定治疗策略提供可能的途径提供线索。” }zhGS!fO  
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其次，团队计划扩大其技术不同的生物医学应用，如如皮肤、软组织和骨纳米力学瓷釉，探测到纳米级空间分辨率的三维结构。 0lhVqy}:}o  
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“在细胞的结构和力学的一个显着的变化可以对一个细胞癌变条件有着直接影响，”Dravid说。“所以超声探针也可以扩大我们的基本认识，在癌细胞治疗中发挥的价值。” /p8dZ
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原文来源：https://phys.org/news/2017-11-imaging-technique-peers-cells.html （实验帮译）