了解細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)及其分子組分如何以協(xié)調(diào)合作的方式相互作用，是現(xiàn)代生命科學(xué)的核心目標(biāo)。為了解答這些問(wèn)題，研究人員需要同時(shí)觀察同一細(xì)胞內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)，并繪制出它們的排列和相互作用圖譜。這需要“多重超分辨率顯微鏡”——一種先進(jìn)的成像方法，它能夠揭示遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡視野的細(xì)胞細(xì)節(jié)。

然而，現(xiàn)有方法往往技術(shù)要求高、難以重復(fù)，并且不太適合脆弱的生物樣本。

由哥廷根大學(xué)牽頭，并與哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心 (UMG) 合作的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，作為哥廷根卓越集群“多尺度生物成像：從分子機(jī)器到可興奮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)”(MBExC) 的一部分，近期著手克服這些局限性。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)用的微流控系統(tǒng)，使多重超分辨率顯微鏡成像更加簡(jiǎn)便、可重復(fù)，并能惠及更廣泛的研究群體。該研究成果發(fā)表于《ACS Nano》期刊。

為了真正了解細(xì)胞的功能，科學(xué)家不僅需要一次觀察一個(gè)細(xì)胞組分，還需要同時(shí)觀察多種蛋白質(zhì)和特殊結(jié)構(gòu)，并了解它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)的相互作用。此外，這些實(shí)驗(yàn)變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)微小的變化也越來(lái)越敏感，這會(huì)限制實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。新型微流控系統(tǒng)能夠精確地將溶液注入和移除樣品室，以可控且可重復(fù)的流體操作取代了手動(dòng)移液。

該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的微流控系統(tǒng)，專(zhuān)為多重超分辨率顯微鏡而設(shè)計(jì)，旨在為細(xì)胞（包括脆弱的生物樣本）提供便捷、經(jīng)濟(jì)高效且高質(zhì)量的成像。圖片來(lái)源：Roman Tsukanov

“我們開(kāi)發(fā)的這套系統(tǒng)意味著我們可以在長(zhǎng)時(shí)間的成像周期中保持高圖像質(zhì)量，”共同第一作者、現(xiàn)就職于慕尼黑大學(xué)的博士后研究員薩姆拉特·巴薩克博士說(shuō)。“通過(guò)保持不同標(biāo)記和清洗步驟中條件的一致性，該微流控平臺(tái)能夠直接映射來(lái)自不同靶標(biāo)的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、特殊結(jié)構(gòu)和復(fù)雜相互作用的成像。”

研究人員在人類(lèi)癌細(xì)胞中驗(yàn)證了這項(xiàng)技術(shù)，揭示了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)絲的組織結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)還將該方法應(yīng)用于從小鼠心臟心室分離出的特殊肌肉細(xì)胞。

“心臟脆弱而特殊的肌肉細(xì)胞成像難度極大，”共同第一作者、馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和微流控實(shí)驗(yàn)中心的Kim-Chi Vu解釋說(shuō)。“微流控系統(tǒng)對(duì)于完成成像至關(guān)重要，它既能使細(xì)胞變形，又能防止細(xì)胞從表面脫落。”

這款新機(jī)器可以手動(dòng)或自動(dòng)操作，并且兼容多種成像系統(tǒng)。

“核心理念是開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)高效、適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以根據(jù)復(fù)雜生物系統(tǒng)的具體成像需求進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，”哥廷根大學(xué)高級(jí)博士后研究員羅曼·楚卡諾夫博士解釋說(shuō)。“通過(guò)自動(dòng)化流體交換，我們消除了一個(gè)主要的變異來(lái)源，并使復(fù)雜的成像方案更加用戶(hù)友好。”

“這種方法將有助于標(biāo)準(zhǔn)化多重超分辨率成像，并使其得到廣泛應(yīng)用，從而造福于科研和醫(yī)療應(yīng)用，”哥廷根大學(xué)物理系教授 J?rg Enderlein 補(bǔ)充道。