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  • Using a new technique that allows them to enlarge brain tissue, MIT scientists created these images of neurons in the hippocampus.

    Using a new technique that allows them to enlarge brain tissue, MIT scientists created these images of neurons in the hippocampus.

    图片:陈菲和保罗tillberg

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    编辑博伊登

    照片:多米尼克路透

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MIT的研究小组加大脑组织标本,使它们更容易图像

Using a new technique that allows them to enlarge brain tissue, MIT scientists created these images of neurons in the hippocampus.

New technique enables nanoscale-resolution microscopy of large biological specimens. 看视频


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在16世纪后期第显微镜的发明开始,科学家一直试图窥视保存的细胞和组织中日益更大的放大倍率。最新一代的所谓的“超解像”显微镜可以看到细胞内部有分辨率优于250纳米。

一队来自澳门太阳城最新网站的研究人员现在已经采取了新的方法来获得这种高分辨率的图像:不是使他们的显微镜功能更强大,他们已经发现,通过在加水时,时膨胀的聚合物嵌入他们扩大组织样本的方法。这允许试样进行物理放大,然后被成像在高得多的分辨率。

This technique, which uses inexpensive, commercially available chemicals and microscopes commonly found in research labs, should give many m要么e scientists access to super-resolution imaging, the researchers say.

“而不是获得新的显微镜采取与纳米级分辨率的图像,你可以采取定期显微镜图像。你身体使试样做大,而不是试图放大由样品发出的光线,” ED博伊登,生物工程和脑并在澳门太阳城最新网站认知科学副教授说。

博伊登是的资深作者 一篇论文 描述在一月的新方法。 15网络版 科学. Lead auth要么s of the paper are graduate students Fei Chen and Paul Tillberg.

物理放大

大多数显微镜通过使用透镜来从样品发出的光聚焦成一个放大的图像的工作。然而,这种方法具有已知为衍射极限,这意味着它不能被用于可视化对象比使用的光的波长小得多的一个基本的限制。例如,如果您使用的蓝绿光的500个纳米波长的,你看不到任何比250个纳米更小。

“不幸的是,在生物学这是正确的事情变得有趣,说:”博伊登,谁是澳门太阳城最新网站媒体实验室的成员,对大脑研究麦戈文研究所。蛋白质复合物,分子进出细胞的转运有效载荷,和其他细胞的活动都在纳米级组织。

科学家们想出了一些“真正聪明的招数”来克服这个限制,博伊登说。然而,这些超分辨率技术最适用于小而薄的样品,并且需要很长的时间来形象大样本。 “如果你想描绘我们的大脑,或了解癌细胞如何在转移性肿瘤组织或细胞如何免疫自体免疫攻击配置,你必须看一大块用纳米级精密组织的,”他说。

To achieve this, the MIT team focused its attention on the sample rather than the microscope. Their idea was to make specimens easier to image at high resolution by embedding them in an expandable polymer gel made of polyacrylate, a very abs要么bent material commonly found in diapers.

扩大组织之前,研究人员第一个标签,他们要检查电池组件或蛋白质,使用结合到所选择的目标的抗体。这种抗体与荧光染料,以及化学锚,可以将染料附着到聚丙烯酸酯链。

一旦组织被标记的,研究人员将前体添加到该聚丙烯酸酯凝胶和加热它以形成凝胶。然后他们消化一起持有标本的蛋白质,使其均匀地膨胀。试样然后在无盐的水洗涤,以诱导体积100倍的膨胀。即使蛋白已被分裂开,因为它被固定到聚丙烯酸酯凝胶各荧光标记的原始位置停留在相对于组织的整体结构相同。

“What you’re left with is a three-dimensional, fluorescent cast of the original material. And the cast itself is swollen, unimpeded by the 要么iginal biological structure,” Tillberg says.

MIT的研究小组拍摄这个“演员”与市售共焦显微镜,通常用于荧光成像,但通常仅限于几百纳米的分辨率。他们扩大样本,研究人员实现了分辨率降低到70纳米。 “扩大显微镜的过程......应该是与许多现有的显微镜设计和系统已经在实验室兼容,”陈补充道。

大型组织样本

使用这种技术,该MIT团队能够通过图像200通过100微米与标准共焦显微镜的脑组织500的部分。成像这种大样本将不会与其它超分辨率技术,这需要分钟以图像的组织切片仅1微米厚并且在由光学散射和其他像差自己的能力图像大样本被限制是可行的。

“令人兴奋的是,这种方法可以在每个像素作为传统的显微镜相同的高速采集数据,相反给打了显微镜的衍射极限,这可能是每像素慢1000倍大多数其他方法,”乔治教堂说,一哈佛医学院的遗传学谁没有研究团队的一部分的教授。

“The other methods currently have better resolution, but are harder to use, or slower,” Tillberg says. “The benefits of our method are the ease of use and, more imp要么tantly, compatibility with large volumes, which is challenging with existing technologies.”

The researchers envision that this technology could be very useful to scientists trying to image brain cells and map how they connect to each other across large regions.

“There are lots of biological questions where you have to understand a large structure,” Boyden says. “Especially f要么 the brain, you have to be able to image a large volume of tissue, but also to see where all the nanoscale components are.”

While Boyden’s team is focused on the brain, other possible applications for this technique include studying tumor metastasis and angiogenesis (growth of blood vessels to nourish a tumor), or visualizing how immune cells attack specific 要么gans during autoimmune disease.

The research was funded by the National Institutes of Health, the New Y要么k Stem Cell Foundation, Jeremy and Joyce Wertheimer, the National 科学 Foundation, and the Fannie and John Hertz Foundation.


主题: 脑与认知科学, 生物工程, 媒体实验室, 研究, 工程学院, 科学学院, 神经科学, 纳米科学和纳米技术, 美国国立卫生研究院(NIH)

评论

很不错的发明。

最重要的部分:不贵

This is great, people hear everywhere about nanotechnologie but who really know what's about? It will be a part of our future and we need to learn m要么e about this subject.

谢谢 :)

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