如果有一项技术,可以给肝癌细胞拍超清“写真”……

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“钻石传感器”检测原位细胞铁蛋白中的铁离子。陶立供图

近日,中国科学技术大学杜江峰院士团队与中科院生物物理所徐涛院士合作,实现了对细胞原位铁蛋白分子的磁性成像,将原位蛋白质磁成像分辨率推进到10纳米。该研究成果近日发表在《科学-进展》上。

在细胞原位实现纳米级分子成像是生物学研究的重要目标之一。

在众多成像技术中,磁共振成像技术能够快速无破坏地获取样品体内的自旋分布图像,已经广泛应用在多个科学领域中。

特别是在临床医学中,因其对生物体几乎无损伤,在疾病的机理研究、诊断和治疗上起着重要的作用。

然而,传统的磁共振成像技术使用磁感应线圈作为传感器,空间分辨率极限在微米以上,无法进行细胞内分子尺度的成像。

为突破磁共振成像的分辨率极限,杜江峰课题组用钻石中的氮—空位固态点缺陷单自旋作为磁敏感单元(即“钻石传感器”),自主研制了细胞原位纳米磁共振成像实验平台。

激光、微波对氮—空位单自旋进行操控形成一个量子传感器,能够将细胞内分子的微弱磁信号转换为光信号,用单光子探测器进行读出。

自制的原子力显微镜实现细胞样品的定位和扫描,首先将样品中的分子靠近钻石传感器至10纳米以内,进而通过空间上的纳米级位置移动实现对细胞内分子的成像。

研究人员以人的肝癌细胞株进行纳米磁成像实验研究,用高压冷冻替代方法将活细胞瞬间“冻住”,并用树脂类材料包裹住,再用切片的方法将表面修剪成纳米级平整度。

这样,细胞内部的蛋白质暴露在细胞剖面上,可以与钻石传感器近距离接触。通过对样品扫描,观测到了细胞内部存在于细胞器中的铁蛋白,分辨率达到了10纳米。

该工作将细胞内蛋白质分子磁成像的空间分辨率提高了近两个数量级,为未来实现细胞原位蛋白质磁共振成像打下了良好的技术基础,也为开展细胞原位分子尺度的磁共振谱学研究提供了可能。

 

相关论文信息:

https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaau8038?rss=1