显微镜首次显示纳米级生物过程

研究人员通过在样品上涂抹一层石墨烯保护层,减少了与这种被称为液相电子显微镜的技术相关的辐射损伤。

研究人员已经开发出一种新的显微技术,能够在生物过程发生时对其进行成像,其细节足以看到蛋白质复合物的移动。

他们首次展示了钙如何沉积成一种可能导致动脉和主动脉瓣钙化的形式,从而证明了这种方法。

荷兰拉德布德大学医学中心骨生物化学教授尼科-萨默迪克(Nico Sommerdijk)说:”如果你想看到如此精细的蛋白质复合物,你需要一台电子显微镜。

“但使用的电子束会损坏生物材料和周围的液体,当你想长时间观察材料的自然过程时,这是不可取的”。

研究人员通过在样品上涂抹一层石墨烯保护层,减少了与这种被称为液相电子显微镜的技术相关的辐射损伤。

但问题依然存在。

索默尔迪克解释说:”一旦你使用了它(石墨烯),你想要捕捉的生物过程就会立即开始。

“然后,你必须迅速到达显微镜前,找到组织中的正确位置,并安装好显微镜。这个过程至少需要半个小时,有时这个过程已经结束了”。

因此,Sommerdijk 和他的团队想出了一种新方法来克服这些限制。

这种方法是在制备样品时加入一种非活性荧光染料,然后在样品周围涂上一层石墨烯。然后,他们将样本放入液态乙烷中,立即将其冷冻,停止所有生物过程。

有了荧光染料,他们就可以使用普通显微镜来识别他们想要观察的样本中的特定区域,避免了使用电子显微镜所带来的进一步损害。

然后将材料放入电子显微镜中解冻。这将重新激活生物过程,然后就可以立即进行观察了。

研究人员通过捕捉防止动脉发生钙化的生物过程来测试他们的新方法。

该研究的第一作者、荷兰拉德布德大学医学中心的博士生卢科-鲁滕(Luco Rutten)说:”如果血液中的磷酸钙过多,体内的一种特殊蛋白质就会与之结合,阻止其沉淀。然后肾脏会将其清除。

“在显微镜下,我们可以看到这些蛋白质与磷酸钙形成微小的球体,而磷酸钙仍然可以被分解。

“但这些球体也可能变大,导致磷酸钙变成钙化沉淀物,无法再被分解”。

研究人员认为,这可能会导致体内钙化。

萨默尔迪克补充说:”我们还不完全清楚这种钙化究竟会发生什么,这也是为什么还没有药物的原因。

这项研究发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志上。

A Cryo-to-Liquid Phase Correlative Light Electron Microscopy Workflow for the Visualization of Biological Processes in Graphene Liquid Cells

https://doi.org/10.1002/adfm.202416938

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