窺探生命的奈米宇宙：哈佛大學突破性成像技術，讓細胞結構與分子活動同步現形

新華報導＼1987創刊

生命科學的觀測工具迎來了革命性的突破。美國哈佛大學的科學家們成功研發出一種全新的多色顯微鏡成像技術，巧妙地將電子顯微鏡的超高解析度與螢光顯微鏡的精準定位能力合而為一，讓研究人員首度能夠在奈米尺度下，同步觀測細胞的精細結構及其內部特定蛋白質的確切位置。這項重大成果已於近日在舊金山舉行的第70屆生物物理學會年會上正式發表。

長久以來，生物成像領域一直存在一個兩難的困境：科學家若想看清細胞的整體骨架和細微構造，就難以追蹤特定分子的動態；反之，若要標記並定位某些蛋白質，又會犧牲掉結構的清晰度。傳統的螢光顯微鏡雖然能「點亮」目標分子，但其約250至300奈米的解析度極限，使其無法分辨單個蛋白質，如同在模糊的地圖上尋找一個地標；而電子顯微鏡雖能以奈米精度繪製出精美的細胞地圖，卻無法辨識地圖上的特定標記物。

過去，科學家曾嘗試將兩種顯微鏡拍攝的圖像進行疊加，但要將兩張圖片，尤其是在腦組織這類複雜的大尺寸樣本中，做到完美精確的對齊，幾乎是不可能的任務。

（圖片取自網路）

哈佛團隊的解決方案堪稱簡潔而優雅。他們不再使用兩種不同的顯微鏡，而是僅僅透過一道電子束，便實現了「一石二鳥」的目標。研究團隊開發出一種可以附著在目標蛋白上的特殊探針，當電子束掃過樣本時，一方面，電子散射會形成描繪細胞精細結構的圖像；另一方面，電子束會激發探針發出可見光（此過程稱為「陰極發光」），從而暴露目標蛋白的位置。如此一來，同一道電子束便同時提供了結構與位置這兩組關鍵資訊。目前，該技術已在哺乳動物細胞以及受真菌感染的果蠅等生物組織上成功驗證。

儘管這項技術目前僅能生成二維平面圖像，但團隊的目光已投向更遠大的目標：將其拓展至三維領域。他們的下一步計畫是將該技術與冷凍電子顯微鏡結合，利用快速冷凍技術將細胞「定格」在最自然的狀態，再從多個角度進行成像，最終重建出前所未見的、包含分子標記的細胞3D高清模型。