Network fixation expansion microscopy
本文介绍了一种网络固定扩增显微技术（nfExM），这是一种通过一种快速、低温的化学过程将蛋白质直接锚定到水凝胶网络中，从而解决保留蛋白质结构组织与实现各向同性扩增之间矛盾的新型方案，进而实现了卓越的表位保留和纳米级结构保存。
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为了观察生命微小的机械结构，科学家们通常需要将物体放大。标准显微镜可以揭示细胞，但构建细胞的蛋白质往往太小，难以清晰观察，隐藏在光线的模糊之中。膨胀显微技术提供了一个巧妙的变通方法：研究人员不是制造更强大的透镜，而是物理性地拉伸样本本身。他们将样本嵌入一种特殊的凝胶中，然后加入水使该凝胶膨胀。随着凝胶的膨胀，它会将蛋白质拉开，使它们之间的间距足以被普通显微镜分辨出来。这项技术彻底改变了生物学家观察纳米世界的方式。然而，这一过程一直面临着一个困难的矛盾。为了在拉伸样本时不将其撕裂，蛋白质在开始时必须牢固地锁定在原地。然而，为了有效地拉伸它们，这些相同的蛋白质随后又必须足够松动以便分开。传统方法难以平衡这一点，往往导致样本在膨胀过程中出现裂纹或失去其精细结构。
麻省理工学院的一个研究小组开发了一种名为“网络固定膨胀显微术”的新方法来解决这个问题。这种新方法不再试图先将蛋白质锁定在一起，然后再寄希望于它们稍后能分开，而是将蛋白质直接附着在拉伸凝胶本身上。研究人员通过使用一种名为丙烯醛的化学物质处理活细胞，同时将样本保持在零下二十摄氏度的冰冻温度，实现了这一目标。这种寒冷的环境可以防止细胞降解，同时该化学物质能迅速为蛋白质配备微小的“手柄”。紧接着，加入一种在这一冰冻温度下仍保持液态的凝胶构建模块液体混合物。当特定类型的紫外线照射样本时，这些构建模块会立即连接在一起，形成一个已经将蛋白质固定在原位的固体凝胶。从活细胞到固体、可膨胀凝胶的整个过程仅需约十五分钟。
结果表明，这种快速、低温的方法比以往的技术能更好地保留细胞的内部架构。当研究人员在微管（即作为细胞骨架的长丝状结构）上测试该方法时，他们发现这些丝状结构保持连续且完整。相比之下，旧方法经常导致这些丝状结构断裂或凝胶开裂，在原本应该有结构的地方留下空隙。这种新技术在处理其他复杂结构（如线粒体和高尔基体）时也表现出色，保持了它们的边界平滑且信号明亮。通过将蛋白质直接固定在膨胀网络上，而不是固定在彼此之间，研究人员找到了一种既能紧紧抓住样本，又能让其均匀拉伸的方法。这表明，科学家现在可以以极高的清晰度研究蛋白质复合物的复杂相互作用，而此前如果不损坏样本则很难实现。该方法为理解微观尺度下生命的详细组织提供了一条充满前景的路径。
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