重磅级研究解读多种显微镜技术如何助力癌症等领域研究
2017年诺贝尔化学奖授与给了美国、英国和瑞士3国的科学家，获奖缘由是这3位研究者发明了用于生物份子的高分辨率结构测定的冷冻电子显微镜，诺贝尔奖评委会介绍，冷冻电子显微镜将生物份子迅速冷冻，使其自然形状得以保存，简化并改进了生物份子的成像，这类方法使生物化学进入了1个新的时期，对理解生命的化学原理及研发药物都相当重要。
最近几年来，科学家们开发了并利用了多种显微镜技术在癌症等多种疾病的研究领域获得了诸多可喜的研究成果，本文中，小编对最近几年来相干研究进行整理，分享给大家！
【1】2017诺贝尔化学奖：3科学家发明冷冻电子显微镜
继前日和昨日分别各有3名美国科学家取得生理和医学奖、物理学奖后，2017年诺贝尔科学奖得主名单上终究出现了非美国学者。北京时间10月4日下午5点45分许，诺贝尔奖评委会主席格荣·汉森宣布，因发明用于生物份子的高分辨率结构测定的冷冻电子显微镜，瑞士洛桑大学的雅克·杜伯谢、美国哥伦比亚大学的约阿希姆·弗兰克和英国剑桥大学的理查·亨德森取得2017年度诺贝尔化学奖。
3位获奖科学家都已710多岁，是冷冻电镜领域的“元老派”。雅克·杜伯谢1942年诞生于瑞士艾格勒，现为瑞士洛桑大学名誉生物物理学教授；约阿希姆·弗兰克1940年诞生于德国锡根，现为美国哥伦比亚大学生物化学、份子生物物理学及生物科学教授；理查·亨德森1945年诞生于苏格兰爱丁堡，现为英国MRC份子生物学实验室项目主任。
【2】NatBiomEngin：突破！科学家开发出能更加准确检测癌症的新型3D显微镜技术！
doi：10.1038/s41551-017-0139-0
日前，1项刊登在国际杂志NatureBiomedicalEngineering上的研究报告中，来自瑞典卡罗琳学院和卡罗琳大学医院的研究人员通过研究开发了1种新型的显微镜技术，相比当前的2维方法而言，这类新技术能够在3维环境下检测肿瘤组织并能更准确地对癌症进行诊断。
每天全球的病理学家们都会大量的肿瘤组织进行检测，检测结果能够及时指点癌症患者进行医治，但有时候科学家们却很难对癌症进行准确诊断，这就意味着患者可能会被给予毛病的医治方法，从而耽误病情乃至引发患者死亡。
当前评估肿瘤发展阶段的病理学检测方法通常利用2维光学显微镜检查技术，癌症阶段能够描写癌症的发展和分散程度，对患者进行及时准确的医治非常重要，而利用该方法对癌症组织进行3维分析仅仅能够看到实现2维观测，其实不是比较好的，而且常常会引发信息差。
【3】超分辨率荧光显微镜技术成功应用于外泌体的成像和追踪
DOI：10.1021/acsami.6b09442
外泌体是由细胞分泌的小膜泡，富含大量的蛋白质。斟酌到外泌体在不同生理活动中的显著作用和在诊断、药物释放方面潜伏的价值，研究人员在外泌体的体外追踪和内含物分析方面做了很大的努力。
目前，各种超分辨率显微镜的出现为外泌体的研究提供了强大的工具。2016年9月，东南京大学学先进光子学中心主任崔1平教授团队在ACSappliedmaterials&interfaces杂志发表文章，展现了超分辨率成像技术的单份子定位在癌症外泌体的成像和示踪上利用。
在实验中，首先从肿瘤细胞的培养基中提取癌细胞来源的外泌体。然后将外泌体膜受体标记上光控探针，通过光敏定位显微镜或随机光学重构显微镜便可对这些膜受体进行超分辨率成像。使用人类乳腺癌细胞来源的外泌体，发现对外泌体的2种膜受体同时标记可利用PALM/STORM同时成像。
【4】NatProtocols：利用低温光学和电子显微镜联合技术视察并研究活体病毒
doi：10.1038/nprot.2016.168
光镜和电镜研究领域的巨大进步目前正在改良科学家们对多种病毒可视化研究的能力，比如HIV、呼吸道合胞体病毒、麻疹病毒、流感病毒和寨卡病毒等，近日，1项刊登在国际杂志NatureProtocols上的研究报告中，来自埃默里大学医学院等研究机构的研究人员通过研究开发出了1种新型的低温相干的光镜和电镜工作流。
此前研究中，研究者对纯化的病毒进行研究能够获得多种已知病毒电子显微镜图象，但是病毒纯化的进程常常会使得包膜病毒的结构产生改变，因此研究者Wright及同事就对当前技术进行了改良来研究病毒的结构特性，因此如今研究者就可以够清楚视察到病毒进入细胞并在细胞中组装的信息了。研究者表示，我们非常想知道某些病毒如何在细胞中复制，如今我们在光镜和电镜之间建立了1种“桥梁”，我们希望通过这类联合技术能够更加清楚地视察病毒的作用机制。
【5】Science：重磅！开发出分辨率仅为1纳米的荧光显微镜
doi：10.1126/science.aak9913
光学显微镜的最高目标是改良这类方法的分辨率以致于1个人能够单个地辨别彼其间挨得非常近的份子。如今，来自德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所的诺贝尔奖得主StefanHell和同事们实现了长时间以来被认为是不可能实现的目标：他们开发出1种新的被称作MINFLUX的荧光显微镜，从而首次允许利用光学手段辨别彼其间相隔几纳米的份子。这类显微镜在分辨率上要比常规的光学显微镜高出100倍，而且乃至超过迄今为止比较好的超分辨率光学显微镜---Hell开发的STED和诺贝尔奖得主EricBetzig描写的PALM/STORM---高达20倍。对MINFLUX而言，Hell以1种全新的概念结合了STED和PALM/STORM的优势。这1突破为科学家们在份子水平上研究生命如何发挥功能提供新的机会。相干研究结果于2016年12月22日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Nanometerresolutionimagingandtrackingoffluorescentmoleculeswithminimalphotonfluxes”。
Hell解释道，“我们利用MINFLUX实现1纳米的分辨率，这是单个份子的直径---在荧光显微镜中可能实现的终究分辨率限制。我坚信MINFLUX显微镜有潜力成为细胞生物学最为基础的工具之1。基于此，在份子细节上绘制细胞图谱和实时视察它们内部快速产生的进程将是可能的。这可能能够在我们了解活细胞中产生的份子进程方面引发变革。”
【6】重大突破：电子显微镜拍出细胞彩照！
想象1下，假设世界失去了色采，只剩下黑白灰的组合，我们眼前的风景会变成甚么样？在电子显微镜下，我们所能看到的就是这样1个世界。电子显微镜能帮助我们视察微小的病毒、细胞超微结构，但它只能得到黑白的灰度图片。
而在最近，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究者们研发了1种新技术，使得“用电镜拍彩照”成了可能。他们用特殊染料标记样品，得到了多色的电镜成像，这是怎样做到的呢？
在过去，光学显微镜带领着人们第1次走进了肉眼不可辨别的微观世界，微生物和各种生命体内的微观结构开始为人所知。不过，当人们需要视察更加微小的结构时，光学显微镜的放大倍数就显得不够用了：遭到衍射的影响，光学显微镜的分辨极限大约在200nm，在此基础上即便再去放大，也没法看到清晰的成像了。为进1步提高分辨率，科学家们就用波长短很多的电子束替换了可见光，制造出了电子显微镜。电子显微镜使微观成像的分辨到达了0.1nm，这项重要的技术的研发者1986年取得了诺贝尔物理学奖。
【7】PLoSPathog：首次利用高分辨率电子显微镜视察肠道中HIV感染
doi：10.1371/journal.ppat.1003899
尽人皆知，人肠道在消化中起作用。但是它也在免疫系统中发挥着1种显著性的作用。事实上，它是HIV感染初期阶段体内首先遭到攻击的部份之1。了解这类病毒如何感染细胞和在肠道中如何积累是开发新疗法的关键。在1项新的研究中，来自美国加州理工研究所的研究人员首次利用高分辨率电子显微镜视察遭到感染的有机体内真实肠道组织中的HIV感染，从而对肠道中的HIV感染进行迄今为止多是最为详细的描写。相干研究结果近期发表在PLoSPathogens期刊上，论文标题为“ElectronTomographyofHIV⑴InfectioninGut-AssociatedLymphoidTissue”。
论文第1作者MarkLadinsky说，“在真实的组织内研究实际的感染是1大进步。对诸如HIV之类的病原体而言，这是非常困难和危险的，这是由于该病毒具有沾染性。我们使用1种植入人组织的模式动物，因此我们能够在其正常环境中研究这类真实的病毒。”
Ladinsky与PamelaBjorkman教授1起对来自经改造后具有人免疫系统的小鼠模式动物肠道中的与被HIV感染的组织在1起的正常细胞进行3维图片拍摄。他们采取1种被称作电子X射线断层射线术进行拍摄，在这类技术中，将组织样品嵌入到塑料中，然后将它放置在1种高功率显微镜下。
【8】两篇Nature子刊：利用增殖显微镜分析技术对组织中的RNA和蛋白进行纳米精度的成像
doi：10.1038/nmeth.3899
细胞含有上千个信使RNA份子，每一个mRNA将细胞核中的DNA遗传指令携带到细胞质中的核糖体上。如今，来自美国麻省理工学院的研究人员开发出1种方法能够在完全的组织中以比以往更高的分辨率可视化视察这些mRNA份子，从而允许人们准确地绘制RNA在全部细胞中的位置。
这项新技术的关键在于在进行成像之前，让组织增殖。通过让组织样品变得更大，就可以够利用在研究性实验室中常常发现的普通显微镜对它进行非常高分辨率地成像。
在1篇描写这项技术的于2016年7月4日在线发表在NatureMethods期刊上标题为“NanoscaleimagingofRNAwithexpansionmicroscopy”的论文中，论文通讯作者和MIT生物工程、大脑科学与认知科学副教授EdBoyden说，“如今，我们能够以更好的空间精准度对RNA进行成像，而且我们也能够在大的完全组织中更加容易地做到这1点。”
【9】Nature：利用电子显微镜捕捉到冠状病毒感染细胞的进程
doi：10.1038/nature16988
最近，刊登在Nature杂志上的1篇研究报告中，来自华盛顿大学等处的研究人员通过研究取得了增进冠状病毒进入细胞的崛起蛋白的原子模型，对该模型进行分析或可为开发抵抗冠状病毒感染的特殊疫苗提供思路。
含有崛起蛋白的冠状病毒是引发全球几近3分之1非典型肺炎的罪魁罪魁，但2002年出现的冠状病毒的致死性情势SARS-CoV和2012年出现的MERS-CoV引发的死亡率在10%至37%之间。致死性肺炎的爆发表明冠状病毒可以从多种动物沾染到人类机体，当前唯一6种冠状病毒可以感染人类，但很多冠状病毒自然状态下是可以感染动物的，而来自冠状病引发的致死性疾病爆发也许就能够克服物种的屏障，这就说明其它新型出现的具有流行潜力的冠状病毒也许是存在的，但是当前针对SARS-CoV或MERS-CoV并没有有效的疫苗或疗法。
这项研究中，研究者利用单颗粒低温电子显微技术和超级计算机进行分析，揭露了小鼠冠状病毒崛起糖蛋白3聚体的架构，研究者Veesler介绍说，这类结构处于前融会的状态，随后其就会经历主要的重排来引发病毒和宿主细胞膜的融会，进而开启感染。研究者在另外一种名为副粘病毒的病毒家族中发现了冠状病毒的融会“机器”，副粘病毒包括呼吸道病毒和引发腮腺炎的病毒等，研究者指出，冠状病毒和副粘病毒的融会蛋白可以具有类似的机制来增进病毒进入细胞，而且他们还同享了同1种常见的进化起源进程。
【10】NatureProtocols：荧光显微镜肯定单个细胞周期进程
doi：10.1038/nprot.2015.016
近日，著名国际期刊NatureProtocols在线刊登了来自美国NIHTomMisteli研究小组的1项最新研究成果，他们提出了1个利用荧光显微镜肯定单个细胞周期的实验方法。利用这类实验方法或可实现对群体中不同个体细胞周期的监测视察。
细胞周期进展是细胞最基本特点之1，传统上对细胞周期的研究主要依赖于群体分析，并通过周期相干特异性标记或使用基因修饰系统的方法来肯定，这使得对稳定的单细胞周期的肯定变得非常困难。因此，研究人员提出1个利用高分辨率成像的荧光显微镜丈量DNA含量来肯定单个细胞周期的实验方案，这类方法是基于对DNA的染色，通过图象分析精肯定量完全细胞核的荧光强度，并且能够与其他组化方法联合使用。TomMisteli研究小组开发的双通道自动图象分析算法，结合商业软件或开源软件能够导出对不同个体细胞周期的描写。这个实验方案适用于贴附细胞并且可以使用几种不同的DNA染料。
【11】美科学家开发出原位检测艾滋病病毒的份子显微镜
艾滋病病毒原位分析技术再次获得突破。美国科学家在上周召开的国际艾滋病会议上，展现了他们开发的全新检测技术及检测结果，这个被称为“份子显微镜”的探针能够准确检测到艾滋病病毒在细胞内外的隐藏之地。
美国过敏性和沾染性疾病研究所疫苗研究中心副主任瑞查得·普表示，这1份子显微镜新技术可谓奇异，它的超能力完全可以洞察到艾滋病病毒在任何细胞内的蛛丝马迹，终究能帮助弄清艾滋病病毒长时间存留的答案，从而将其从体内完全清除。
目前所用的检测组织中艾滋病病毒的原位分析技术都面临共同的大困难。这些探测技术，不管是利用荧光物资作标记物，还是放射性物资作标记，在精肯定位组织样本中艾滋病病毒的位置时，常常难以将周围的细胞物资与目标检测物，如艾滋病病毒的RNA和DNA区分开来。这些标记物会将细胞组织当作病毒进行毛病辨认，对结果分析造成背景干扰。
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