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新顯微鏡可實時捕捉納米尺度生物活動‘為生物與醫(yī)學(xué)研究提供有力工具

2024-11-13 01:35:00 來源: 科技日報 點擊數(shù):

科技日報記者 劉霞

荷蘭拉德堡德大學(xué)科學(xué)家成功研制出一款新型顯微鏡,讓科學(xué)家首次能實時捕捉到生物過程的精彩瞬間,例如觀察蛋白質(zhì)復(fù)合物在行動中的“模樣”。這臺顯微鏡或許能讓科學(xué)家見證新冠疫苗如何進(jìn)入細(xì)胞、捕捉動脈鈣化如何悄然發(fā)生,為推動生物與醫(yī)學(xué)研究帶來新工具。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志。

此前使用顯微鏡時,科學(xué)家常面臨“魚或熊掌”的抉擇:要么在分子水平觀察冷凍且靜止樣品的細(xì)節(jié);要么觀察活生生移動的樣品,但細(xì)節(jié)要粗糙很多。

團(tuán)隊解釋說,電子顯微鏡雖然能觀察精細(xì)的蛋白質(zhì)復(fù)合物,但其電子束會損壞生物材料及其周圍流體,因此無法長時間觀察材料內(nèi)發(fā)生的過程。為解決這個問題,他們嘗試在材料周圍包裹一層石墨烯保護(hù)層,以盡量減少電子束的“殺傷力”。但一旦用上保護(hù)膜,生物過程就會立即開始。他們必須爭分奪秒趕到顯微鏡前,在生物組織中精準(zhǔn)定位,并調(diào)試好顯微鏡。這個過程至少需要半個小時,而在此期間,生物過程或許已經(jīng)結(jié)束。

面對這些挑戰(zhàn),團(tuán)隊巧妙設(shè)計了一套應(yīng)對方案:他們先在樣品組織周圍涂上一層石墨烯,并立即將其冷凍,讓生物過程暫停;然后,他們使用一臺光學(xué)顯微鏡來鎖定想要觀察的特定區(qū)域;接著再將樣品置于新開發(fā)的電子顯微鏡內(nèi)。設(shè)置妥當(dāng)后,他們加熱材料,重新激活生物過程,新型顯微鏡則能在納米尺度直接可視化生物過程。

此次團(tuán)隊借助新型顯微鏡,揭示了在可能導(dǎo)致動脈和主動脈瓣鈣化的生物過程中,鈣是如何沉積的。

團(tuán)隊解釋說,除完全瓣膜置換術(shù)外,主動脈瓣鈣化目前尚無其他療法,因為科學(xué)家對此類鈣化知之甚少。他們計劃開發(fā)出一種“芯片上的心臟瓣膜”,并利用新型顯微鏡深入探究其中的奧秘。

總編輯圈點:

生物過程復(fù)雜而多樣,它有完整的“起承轉(zhuǎn)合”,但受限于觀察工具,人類無法對更微小尺度的生物動態(tài)過程進(jìn)行觀察,無緣得見納米級生物活動的奧妙。突破的方法,就是研發(fā)新儀器,開發(fā)新觀察方法。此次,科研人員創(chuàng)新性地冰凍了包裹待觀察組織的石墨烯,待到觀察條件具備后,再將其解凍,讓生物過程重新開始。他們由此看到了此前不曾了解的鈣的沉積形式。實驗科學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)儀器,好的儀器能在解決科學(xué)問題上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

責(zé)任編輯:常麗君

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