MIT研发单次20倍扩展显微镜生物成像技术！

【研究背景】

扩展显微镜（ExM）是一种新兴的成像技术，因其能够在常规显微镜上实现纳米级分辨率成像而应用于生物学等多个领域。与传统的显微技术相比，ExM 具有操作简单、成本低廉和可视化生物分子的高效性等优点。然而，现有的 ExM 方法通常只能在有限范围内进行一次性扩展（约 4–10 倍）或通过迭代扩展步骤实现更大的扩展因子（约 15–20 倍），这给研究带来了操作繁琐和时间消耗等问题，因此提升了在单次扩展中获得高分辨率成像的挑战。

近日，来自麻省理工学院（MIT）Y. Eva Tan神经技术教授爱德华·博伊登（Edward Boyden）（光遗传学发明人之一，技术达人）和Laura L. Kiessling课题组合作在 ExM 研究中取得了新进展。该团队设计并制备了一种名为 20ExM 的新型扩展显微镜协议，通过单次扩展步骤实现了约 20 倍的线性扩展，成功获得了小于 20 纳米的分辨率。这一创新的方法在生物样本（如细胞和脑组织）中具有显著的应用潜力。利用 20ExM，研究人员能够显著提高对微管和突触蛋白等生物分子的成像精度，成功获取了在传统显微镜下难以观测的生物结构。

这一研究成果不仅为生物成像提供了新的工具，还为生物分子的定量分析和定位研究奠定了基础，推动了生物学领域对细胞和组织内部复杂结构的深入理解。通过 20ExM，未来的生物医学研究将能够更加精确地揭示生物分子在生物系统中的功能，为疾病机制的研究和新型治疗策略的开发提供新的思路。

【表征解读】

本文通过扩展显微镜（ExM）的原理，具体来说，利用其各向同性的物理放大特性，首次研发了20ExM仪器。这种新型仪器在单次扩展步骤中实现了约20倍的扩展，并可在常规显微镜上达到小于20纳米的分辨率，从而能够表征和发现生物样本中微管和突触纳米柱的细微结构，最终揭示了生物分子在细胞和组织中的空间分布及其相互作用。

本文针对细胞和组织中的生物分子定位和表征现象，通过20ExM技术的应用，进行了高分辨率成像分析，得到了在传统显微镜上难以实现的细微结构。这一方法简化了操作流程，避免了传统迭代扩展方法所需的多步处理，进而挖掘了生物样本中潜在的结构信息，提高了成像效率。研究表明，20ExM不仅支持后扩展的抗体染色，还可与现有信号放大技术结合，从而增强信号强度，提高成像质量。

在此基础上，通过高效的表征手段，包括荧光染色和高温 SDS 软化等，研究者们着重研究了不同细胞和组织样本中的纳米结构。这一研究为理解生物分子在细胞内部的功能和作用机制提供了重要依据。同时，20ExM技术的推广应用也为原位 RNA 检测、基因组成像和多重蛋白组学等研究领域带来了新的可能性。

总体而言，本文的仪器开发不仅推动了扩展显微镜技术的进步，还为生物学研究提供了更加便捷和高效的工具，具有广泛的应用前景。通过对细胞和组织中生物分子进行深入的空间分布研究，进一步揭示了细胞内复杂的生物过程，为未来的生物医学研究奠定了基础。

单次扩展的20ExM

参考文献：Wang, S., Shin, T.W., Yoder, H.B. et al. Single-shot 20-fold expansion microscopy. Nat Methods (2024). https://doi.org/10.1038/s41592-024-02454-9