一种观察波长小于一半光的细节的新方法揭示了细胞内部的纳米级支架是如何在细胞分裂过程中连接到宏观尺度的。与早期的超分辨率技术不同，密歇根大学开发和测试的这种技术不依赖于长时间使用会磨损的分子。
超分辨率可以显示小至10纳米的结构，或大约相当于100个原子的宽度。它为生物学打开了一个全新的世界，使其成为可能的技术在2014年获得了诺贝尔奖。然而，它的缺点是只能在几十秒内拍摄快照。这使得在很长一段时间内观察细胞机制的演变成为不可能的。
“我们想知道——当系统作为一个整体分裂时，纳米尺度的结构是如何与它们的邻居在纳米尺度上相互作用的，这种相互作用是如何扩大到整个细胞的?”密歇根大学电子和计算机工程助理教授Somin Lee说，他领导了这项发表在《自然通讯》上的研究。
为了回答这个问题，李和他的同事需要一种新的超分辨率。使用他们的新方法，他们能够连续监测一个细胞250小时。
“活细胞是一个繁忙的地方，到处都是蛋白质。我们的超分辨率对于观察这些动态活动非常有吸引力，”电子与计算机工程博士生崔光杰说，他与电子与计算机工程博士研究生刘云波共同撰写了这项研究。
和最初的方法一样，这项新技术使用探针靠近感兴趣的纳米级物体来揭示它们。超分辨率1.0使用了荧光团，荧光分子在被照亮后会发出应答光。如果荧光团之间的距离比被成像物体的大小更近，则可以通过荧光团产生的光爆发重建图像。
这项新技术使用的是金纳米棒，它不会因为反复暴露在光线下而分解，但利用与之相互作用的光更具挑战性。纳米棒对光的相位做出反应，或者对构成光的电场和磁场上下振荡的位置做出反应。这种相互作用取决于纳米棒与入射光的角度。
像荧光团一样，纳米棒可以附着在特定的细胞结构上，并在其表面靶向分子。在这种情况下，纳米棒找到了肌动蛋白，一种为软细胞增加结构的蛋白质。肌动蛋白的形状像分枝细丝，每根直径约为7纳米(百万分之一毫米)，尽管它们连接在一起可以跨越数千纳米。尽管纳米棒的直径通常是肌动蛋白的两倍多，但它们作为一个整体提供的数据可以揭示其微小的细节。
为了确定纳米棒的位置，研究小组制作了由聚合物和液晶薄层组成的过滤器。这些滤光片能够探测到特定相位的光，使研究小组能够挑选出与入射光有特定角度的纳米棒。通过拍摄10-30张图像——每张图像都是纳米棒的一个不同子集——并将它们合并成一张图像，研究小组能够推断出细胞内细丝的纳米尺度细节。这些细节在传统的显微镜下会变得模糊。
利用这项技术，研究小组发现了在细胞分裂过程中控制肌动蛋白自我组织方式的三个规则:
- 当肌动蛋白丝相距很远时，肌动蛋白就会扩张到邻近的细胞。
- 肌动蛋白会靠近它的邻居来增加连接，尽管这种趋势会被扩大和接触更多邻居的动力所缓和。
- 结果，肌动蛋白网络趋于分裂连接更紧密时收缩，连接更少时扩张。
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希望本篇文章《新型超分辨率技术助力细胞分裂研究》能对你有所帮助！
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