突破超分辨率显微镜的极限

2020年7月13日，德国维尔茨堡—一个国际研究团队将超分辨率显微技术方法中的直接随机光学重建显微技术（dSTORM）与膨胀显微技术相结合，用来突破超分辨率显微镜的极限。

在这之前，纳米级分辨率仅仅存在理论上的可能性，无法达到观察携带荧光染料标记细胞结构抗体的预期目标。

 （a）3.2倍放大的中心粒的三维横向dSTORM图像，量尺1um

 （b）（a）的放大部分显示了百分位数的九重对称性；量尺500 nm。

 （c）3.1倍放大的微管蛋白丝的三维横向dSTORM图像；量尺2 μm。

 （d）（c）中放大显示的微管蛋白丝；量尺500 nm。

 （e）微管蛋白丝的横截面显示其中空结构；量尺200 nm。

图片由Markus Sauer团队/维尔茨堡大学提供。

直接随机光学重建显微技术方法是在维尔茨堡大学的Markus Sauer教授的实验室中开发的，几乎达到了约20 nm的分子分辨率。为了进一步提高分辨率，研究人员希望将这种方法与膨胀显微技术（ExM）相结合。

在膨胀显微技术中，待检查的样品交联成可膨胀的聚合物。然后破坏样品中分子的相互作用，并使样品在水中膨胀。这形成了膨胀：待成像的分子在空间上漂移了四倍。

由于荧光标记染料无法在聚合过程中保存下来，因此先前尝试将该技术组合在一起的尝试并未成功。尽管溶液会使样品缩小到其原始大小，但直接随机光学重建显微技术也需要缓冲溶液。

Sauer说：“通过在膨胀后稳定凝胶和免疫染色，我们可以克服这些障碍，并成功地将两种显微方法结合起来。” 结果，当放大到3.2 倍时，距离误差减小为为5 nm ，这使得具有分子分辨率的荧光成像成为可能。

研究人员使用中心粒和由蛋白微管蛋白组成的结构来证明这种方法。他们能够将微管蛋白管可视化为直径为25 nm的空心圆柱体，并成功地在15至20 nm的距离处成像了三组。

研究小组计划将该方法应用于细胞的不同结构、细胞器和多蛋白复合物。这项研究由维尔茨堡大学，莫纳什大学和日内瓦大学的研究人员进行。

该研究发表在《自然通讯》（www.doi.org/10.1038/s41467-020-17086-8）上