常规显微镜的高分辨率成像

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法来制作组织样本的超高分辨率图像，而成本却是提供类似分辨率的其他技术的一小部分。

这项新技术依赖于在用常规光学显微镜对组织成像之前对其进行扩张。两年前，麻省理工学院的研究小组表明，可以将组织体积扩大100倍，从而产生约60纳米的图像分辨率。现在，研究人员表明，在成像之前第二次扩展组织可以将分辨率提高到约25纳米。

这种水平的分辨率使科学家能够查看例如在脑突触处以复杂模式聚集在一起的蛋白质，从而帮助神经元相互交流。麻省理工学院生物工程，脑与认知科学副教授埃德·博伊登(Ed Boyden)说，它还可以帮助研究人员绘制神经回路图。

该研究的资深作者博伊登说：“我们希望能够追踪完整的大脑回路的布线。”“如果可以重建一个完整的大脑回路，也许可以对它如何产生诸如决策和情绪之类的复杂现象建立一个计算模型。由于您可以绘制出在细胞内产生电脉冲并在细胞之间交换化学物质的生物分子，有可能模拟大脑的动力学。”

这种方法还可以用于成像其他现象，例如癌细胞与免疫细胞之间的相互作用，无需昂贵的设备即可检测病原体，并绘制人体细胞类型的图。

双重扩张

为了扩大组织样本，研究人员将它们嵌入由聚丙烯酸酯制成的致密，均匀产生的凝胶中，聚丙烯酸酯是一种非常吸收性的材料，也用于尿布中。在凝胶形成之前，研究人员使用与特定靶标结合的抗体标记了要成像的细胞蛋白。这些抗体带有由DNA制成的“条形码”，而条形码又与与构成可膨胀凝胶的聚合物结合的交联分子相连。然后，研究人员分解了通常将组织固定在一起的蛋白质，从而使DNA条形码随着凝胶膨胀而彼此分开。

然后可以使用结合DNA条形码的荧光探针标记这些放大的样品，并使用市售共聚焦显微镜成像，

使用这种方法，研究人员以前能够达到约60纳米的分辨率。但是，“单个生物分子要小得多，比如说只有5纳米，甚至更小。”博伊登说。“扩展显微镜的原始版本对许多科学问题很有用，但不能等同于最高分辨率成像方法(如电子显微镜)的性能。”

在他们最初的膨胀显微镜研究中，研究人员发现，通过减少使聚合物保持有序排列的交联分子的数量，他们可以使组织膨胀超过100倍。但是，这使组织不稳定。

麻省理工学院媒体实验室和麦戈文脑科学研究所成员博伊登说：“如果降低交联剂的密度，聚合物在膨胀过程中将不再保持其组织。”“您丢失了信息。”

取而代之的是，在最新研究中，研究人员修改了技术，以便在第一次组织扩张后，可以创建一种新的凝胶，使第二次组织肿胀-这种方法被称为“迭代扩张”。