新的成像方法可以实时了解细胞的工作原理

例如，通过结合两种显微镜方法，EPFL 研究人员能够同时观察细胞内部和细胞膜上发生的情况，从而对感染期间发生的细胞过程提供前所未有的洞察力。

细胞是生物体的基本组成部分，是许多复杂生物现象的宿主。研究人员需要能够详细研究这些现象，以了解某些类型的障碍和疾病，然后开发有效的治疗方法。但在微米或纳米尺度上有效地观察活细胞仍然是一个挑战。通过结合两种不同的显微镜方法，来自两个不同实验室的 EPFL 研究人员共同开发了一个系统，该系统可用于以无与伦比的精度观察活细胞的活动。他们的发现发表在两篇文章中：一篇于 7 月发表在Nature Communications 上，另一篇于今天发表在ACS Nano 上。

EPFL 生物和纳米仪器实验室 (LBNI) 负责人 Georg Fantner 说：“目前可用的方法在如此精细的水平上观察活细胞存在许多技术挑战。” “像电子显微镜这样的技术可以在纳米尺度上获得无与伦比的细胞表面分辨率，但它需要将样品置于真空下并用电子轰击它们。活生物体根本无法在这种处理中存活下来。另一种常见的方法是荧光显微镜。尽管它可以让“你在不破坏样品的情况下观察样品，很难有足够的分辨率来解析细胞的三维表面。此外，所需的光子剂量会导致细胞损伤。”

因此，EPFL 研究人员决定结合两个互补的显微镜来观察细胞表面和内部分子活动，这对活细胞的侵入性微乎其微。他们将随机光学波动成像 (SOFI) 与扫描探针显微镜相结合，可用于观察细胞内发生的目标分子和现象(或更具体地说，扫描离子电导显微镜——SICM)。扫描探针显微镜通常涉及用探针尖端直接接触细胞样本，以显示其表面并绘制其地形图。然而，样品和尖端之间的机械接触不利于观察活细胞，因为它会干扰细胞的自然状态。因此，EPFL 团队开发了一种显微镜，其中物理探针被玻璃纳米孔所取代，该玻璃纳米孔可测量离子流以在不接触的情况下检测细胞表面。

一切都与互动有关

将这两种方法结合起来，为前所未有的科学观察铺平了道路。虽然荧光显微镜为研究人员提供各个单元内部的偷看，扫描离子电导显微镜让他们产生细胞膜的三维地形图像。因此，EPFL 系统使研究人员能够同时查看细胞的内部和外部，让他们深入了解这两个不同地方同时发生的现象之间的联系。

“细胞膜是它与周围环境相互作用的地方，”Samuel Mendes Leitão 博士说。开发 SICM 显微镜的 LBNI 学生。“这是许多生物过程和形态变化发生的地方，比如在细胞感染期间。我们的系统让研究人员分析细胞内的分子排列，并绘制出它们如何与膜动力学相关联。此外，我们现在可以非常详细地跟踪这些动力学的时间亚秒到几天的范围。能够在纳米尺度上长时间连续成像是活细胞显微镜的主要挑战之一，因为细胞对小扰动非常敏感。”

增强的图像质量

Vytautas Navikas，博士 EPFL 纳米级生物学实验室 (LBEN) 的学生开发了该系统的光学组件：“将这两种方法结合起来的另一个好处是它令人难以置信地提高了图像质量。我们现在可以以更高的分辨率观察细胞过程。”

EPFL 团队认为，他们的系统可用于观察细胞运动、分化和细胞间通讯等现象，开辟了许多新的研究途径。它在感染生物学、免疫学和神经生物学领域可能非常有用——在这些领域，了解细胞如何对外部刺激实时做出反应非常重要。

这项研究也是当来自两个不同 EPFL 实验室的研究人员接触并汇集他们的专业知识以追求共同目标时可能发生的突破类型的一个很好的例子。