近日，耶魯大學(Yale University)細胞生物學家Joerg Bewersdorf和Ons M'Saad發明一項名為Unclearing Microscopy的技術，可以讓細胞體積膨脹超過8000倍，染色後，只要肉眼就可以直接觀察細胞型態、細胞核與細胞質，若使用普通光學顯微鏡甚至能看到粒線體皺褶。該研究尚未經同行評審，刊登於預印本平台《bioRxiv》。
 
研究人員首先將樣本浸泡在含有小分子化合物的水凝膠溶液中，其中包含常用於尿布的可膨脹吸水性聚合物─聚丙烯酸鈉(sodium polyacrylate)，當細胞吸收水凝膠溶液後，只要加水便可使凝膠膨脹，隨之讓細胞直徑放大20倍。
 
M'Saad表示，這時細胞體積膨脹8000倍，但細胞中的蛋白質也已被水稀釋8000倍，肉眼仍然看不見細胞，需要加入染色劑來讓細胞更加明顯。
 
Unclearing Microscopy技術涉及2種染色方法，第一種為運用小分子染色劑靶向細胞內所有蛋白質，這些小分子在光照下會與其他化合物連接，形成藍色的高分子聚合物，使細胞中的結構更容易被看見。
 
另一種染色法則是運用二氨基聯苯胺(Diaminobenzidine, DAB)或金屬銀不斷沉積在樣本上，可讓細胞與背景的對比度提高10萬倍，使肉眼可以辨別。
 
研究人員使用人類的海拉細胞(HeLa cells)與小鼠腦組織來驗證這項技術，透過Unclearing Microscopy技術，研究人員可以用肉眼看清細胞的型態，並辨別出細胞核、細胞質以及細胞之間的連接。
 
此外，研究人員還可透過普通的光學顯微鏡就能看到細胞中更微觀的細節，例如腦組織中的神經元突觸、粒線體內膜皺褶(mitochondrial cristae)，以往只能透過昂貴的高解析度顯微鏡才能看見這些結構。
 
Bewersdorf指出，Unclearing Microscopy技術有助於進行大規模的腦組織神經元連結研究，此外，功能強大的顯微鏡可能需花費百萬美元購買，並需要專業知識來操作和維護，這項技術也可讓顯微鏡研究更加普及。
 
事實上，這項技術的是源於2015年的一項研究，當時，開創光遺傳學領域的先驅之一─麻省理工學院的教授Edward Boyden在《Science》上發表了擴展顯微技術(expansion microscopy)，與諾貝爾化學獎得主Eric Betzig開發的晶格光板(light-sheet)顯微鏡技術相結合，運用水凝膠將具有螢光標記的樣本放大，便可利用一般顯微鏡達到更好的解析度，並於2019年運用該技術發表了果蠅全腦細節圖。
 
參考資料：https://www.the-scientist.com/news-opinion/new-swelling-technique-makes-cells-visible-to-the-naked-eye-70902
論文：https://doi.org/10.1101/2022.11.29.518361

(編譯/李林璦)