科技日報北京11月12日電 （記者劉霞）荷蘭拉德堡德大學(xué)科學(xué)家成功研制出一款新型顯微鏡，讓科學(xué)家首次能實(shí)時(shí)捕捉到生物過(guò)程的精彩瞬間，例如觀(guān)察蛋白質(zhì)復合物在行動(dòng)中的“模樣”。這臺顯微鏡或許能讓科學(xué)家見(jiàn)證新冠疫苗如何進(jìn)入細胞、捕捉動(dòng)脈鈣化如何悄然發(fā)生，為推動(dòng)生物與醫學(xué)研究帶來(lái)新工具。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志。
此前使用顯微鏡時(shí)，科學(xué)家常面臨“魚(yú)或熊掌”的抉擇：要么在分子水平觀(guān)察冷凍且靜止樣品的細節；要么觀(guān)察活生生移動(dòng)的樣品，但細節要粗糙很多。
團隊解釋說(shuō)，電子顯微鏡雖然能觀(guān)察精細的蛋白質(zhì)復合物，但其電子束會(huì )損壞生物材料及其周?chē)黧w，因此無(wú)法長(cháng)時(shí)間觀(guān)察材料內發(fā)生的過(guò)程。為解決這個(gè)問(wèn)題，他們嘗試在材料周?chē)粚邮┍Ｗo層，以盡量減少電子束的“殺傷力”。但一旦用上保護膜，生物過(guò)程就會(huì )立即開(kāi)始。他們必須爭分奪秒趕到顯微鏡前，在生物組織中精準定位，并調試好顯微鏡。這個(gè)過(guò)程至少需要半個(gè)小時(shí)，而在此期間，生物過(guò)程或許已經(jīng)結束。
面對這些挑戰，團隊巧妙設計了一套應對方案：他們先在樣品組織周?chē)可弦粚邮?，并立即將其冷凍，讓生物過(guò)程暫停；然后，他們使用一臺光學(xué)顯微鏡來(lái)鎖定想要觀(guān)察的特定區域；接著(zhù)再將樣品置于新開(kāi)發(fā)的電子顯微鏡內。設置妥當后，他們加熱材料，重新激活生物過(guò)程，新型顯微鏡則能在納米尺度直接可視化生物過(guò)程。
此次團隊借助新型顯微鏡，揭示了在可能導致動(dòng)脈和主動(dòng)脈瓣鈣化的生物過(guò)程中，鈣是如何沉積的。
團隊解釋說(shuō)，除完全瓣膜置換術(shù)外，主動(dòng)脈瓣鈣化目前尚無(wú)其他療法，因為科學(xué)家對此類(lèi)鈣化知之甚少。他們計劃開(kāi)發(fā)出一種“芯片上的心臟瓣膜”，并利用新型顯微鏡深入探究其中的奧秘。
【總編輯圈點(diǎn)】
生物過(guò)程復雜而多樣，它有完整的“起承轉合”，但受限于觀(guān)察工具，人類(lèi)無(wú)法對更微小尺度的生物動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行觀(guān)察，無(wú)緣得見(jiàn)納米級生物活動(dòng)的奧妙。突破的方法，就是研發(fā)新儀器，開(kāi)發(fā)新觀(guān)察方法。此次，科研人員創(chuàng )新性地冰凍了包裹待觀(guān)察組織的石墨烯，待到觀(guān)察條件具備后，再將其解凍，讓生物過(guò)程重新開(kāi)始。他們由此看到了此前不曾了解的鈣的沉積形式。實(shí)驗科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)儀器，好的儀器能在解決科學(xué)問(wèn)題上發(fā)揮關(guān)鍵作用。
