方法在病毒粒子的等级提供廉价成像

使用普通的光学显微镜,MIT工程师已经设计了一种用于成像生物样品的技术,精度为10纳米的等级 - 这应该使它们能够使它们成为图像病毒和潜在的单一生物分子,甚至是单一生物分子。

新技术在膨胀显微镜下构​​建,一种涉及将生物样品嵌入水凝胶中的方法,然后在用显微镜对它们进行成像之前膨胀它们。对于最新版本的技术,研究人员开发了一种新型的水凝胶,可以保持更均匀的配置,允许成像微小结构的更高准确性。

在麻省理工学院的生物工程和脑和认知科学教授的Y.Eva Tan教授的Y.Eva Tan教授,在麻省理工学院的教授和麻省理工学院的教授和麻省理工学院的教授麦戈尔恩脑研究所和科赫综合癌研究所研究所。

“如果你能看到单独的分子并确定它们是什么样的,那么用单位数纳米准确度,您可能能够实际上看看生活的结构。和结构一样,作为一个世纪的现代生物学告诉我们,管理职能,“Boyden说,谁是新研究的高级作者。

本文的引导作者,它今天出现 自然纳米技术,是麻省理工学院研究科学家瑞祥高,志驰“杰伊”俞博士20。其他作者包括Linyi Gao Phd'20;前麻省理工学院Postdoc Kiryl Piatkevich;马萨诸塞州综合医院基因科技核心总监Rachael Neve;詹姆斯芒罗是马萨诸塞大学医学院微生物学和生理系统的副教授;哈佛医学院前助理儿科助理教授和伯克利大学加利福尼亚大学的助理教授,哈佛医学院和助理和发育生物学助理教授的前助理教授。

低成本,高分辨率

世界各地的许多实验室已经开始使用 扩展显微镜 由于Boyden的实验室于2015年首次介绍它。通过这种技术,研究人员在成像之前,研究人员在线性尺寸中对它们的样品进行了大约四倍,允许它们在没有昂贵设备的情况下产生高分辨率图像。 Boyden的实验室还开发了方法 标签 样品中的蛋白质,RNA和其他分子使得它们可以在膨胀后成像。

“数百个群体正在进行扩展显微镜。 Boyden说,对一种简单,廉价的方法进行了简单,廉价的纳米体,有明显的需求。“ “现在这个问题是,我们能得到多么好?我们可以降低单分子精度吗?因为到底,你想达到一个降低到生命基本建筑块的分辨率。“

其他技术,如电子显微镜和超分辨率成像提供高分辨率,但所需的设备是昂贵的且不广泛访问。然而,扩展显微镜使得具有普通光显微镜的高分辨率成像。

在2017年的纸张中,Boyden的实验室展示了大约20纳米的分辨率,使用样本的过程 扩大两次 在成像之前。这种方法以及早期版本的膨胀显微镜依赖于由多丙烯酸钠制成的吸收性聚合物,使用称为自由基合成的方法组装。这些凝胶在暴露于水时膨胀;然而,这些凝胶的一个限制是它们在结构或密度方面并不完全均匀。当它扩展时,这种不规则性导致样品形状的小扭曲,限制了可以实现的精度。

为了克服这一点,研究人员开发了一种称为Tetra-Gel的新凝胶,其形成更可预测的结构。通过将四面体PEG分子与四面体聚丙烯酸钠组合,研究人员能够产生晶格状结构,比其先前使用的自由基合成的聚丙烯酸钠水凝胶更均匀。

研究人员通过使用它来扩展疱疹病毒型1(HSV-1)的疱疹颗粒来证明这种方法的准确性,该疱疹病毒型(HSV-1)具有独特的球形。在扩展病毒颗粒后,研究人员将形状与电子显微镜获得的形状进行了比较,发现变形低于以前版本的膨胀显微镜观察到的变形,使它们达到约10纳米的精度。

方法在病毒粒子的等级提供廉价成像
麻省理工学院工程师设计了一种使用光显微镜生成病毒颗粒图像的方法。在该视频中,白点表示嵌入在病毒包络中的蛋白质簇,并且红色点表示这些簇的计算提取的中央位置。信誉:瑞祥高和博登实验室

“我们可以看看这些蛋白质的安排如何随着它们的扩展而改变,并评估它们对球形的近距离。那’我们如何验证并确定我们如何保留形状的纳米结构和这些分子的相对空间布置的忠实,“Ruixuan Gao说。

单分子

研究人员还使用新的水凝胶来扩张细胞,包括人肾细胞和小鼠脑细胞。他们现在正在努力提高对这些细胞内各个分子的点的准确性。对这种精度的一个限制是用于标记电池中的分子的抗体的尺寸,其长度为约10至20纳米。对于图像个别分子,研究人员可能需要创建较小的标签或在扩展完成后添加标签。

它们还探讨了其他类型的聚合物,或改性版本的四凝胶聚合物,可以帮助它们实现更高的精度。

Boyden说,如果他们可以实现精确度到单一分子,可以探索许多新的前沿。例如,科学家可以瞥见不同的分子如何彼此相互作用,这可能脱落在细胞信号传导途径,免疫反应激活,突触通信,药物 - 靶标相互作用以及许多其他生物现象上。

“我们很乐意看看细胞的区域,如两个神经元之间的突触,或涉及细胞 - 细胞信号传导中的其他分子,并弄清楚所有部件如何互相交谈,”他说。 “他们如何共同努力,他们如何在疾病中出错?”

该研究得到了丽莎杨,约翰·多尔,公开慈善事业,国家卫生研究院,霍华德休斯医学院西蒙斯教师学者计划,智力高级研究项目活动,美国陆军研究实验室,美国 - 以色列民营科学基金会,国家科学基金会,麦格多诺奖学金的朋友,以及哈佛医学院的形象和数据分析核心的研究员计划。



本新闻稿中的材料来自于始发的研究组织。可以为样式和长度编辑内容。有一个问题? 让我们知道.

订阅

每天早上有一封电子邮件,我们的最新帖子。从医学研究到空间新闻。环境的环境。技术物理学。

感谢您的订阅。

出问题了。