【世界新视野】中科院生物物理研究所在生物样品原位研究技术领域取得突破
(相关资料图)
近日，中国科学院生物物理研究所研究团队两种冷冻细胞精准减薄技术路线，提出了利用荧光成像引导聚焦离子束(focused ion beam, FIB)减薄的方案，并研发了集成式光电融合冷冻生物样品减薄系统，为冻细胞精准减薄提供了新方法。相关研究成果发表于Nature Methods杂志。
细胞内部的纳米机器与超微结构是参与生命活动的基本单元，它们通过彼此之间的紧密协作执行特定的生理功能。冷冻电子断层扫描技术(cryo-ET)是目前研究生物大分子机器高分辨率原位结构的主要手段。但是目前广泛使用的冷冻电子断层扫描技术电子束穿透能力较差，为了保证准确率，需要将细胞和组织样品减薄成200纳米左右的薄片。
细胞和组织样品的减薄通常使用低温聚焦离子束(cryo-FIB)进行。然而该技术无法针对细胞内部的特定目标进行定点减薄，只能通过随机加工，保留约200纳米厚的切片样品。因此对于中心体等丰度较低的研究目标，制备的样品往往无法满足研究需求。
解决低温聚焦离子束减薄的技术瓶颈，中国科学院生物物理研究所的两个研究团队分别研制出了集成式冷冻光电融合聚焦离子束系统(cryo-CLIEM)和三束共焦荧光实时监控的聚焦离子束精准减薄系统ELI-TriScope。
cryo-CLIEM将激光共聚焦显微镜集成到商业化双束电镜中，通过双束电镜内冷冻三维多色荧光成像，可精准定位研究目标的三维空间位置，并通过巧妙的投影变换，将光镜图像与聚焦离子束图像进行快速精准关联，实现了几十纳米精度的聚焦离子束定点减薄。在此设备基础上，研究团队还开发了全新荧光导航FIB减薄流程，并首次提出"虚拟切片"概念，利用三维图像投影方法，显著提高了荧光导航FIB减薄的效率和成功率。
ELI-TriScope系统在双束扫描电子显微镜内部整合了一个基于冷冻样品杆的传输系统，以及一个内嵌的光学成像系统。该系统在扫描电镜的内部将电子束，光束和离子束同时聚焦在样品台上同一位置，实现了聚焦离子束减薄样品的同时进行荧光实时监控成像。该系统通过监测目标分子的实时荧光信号，能够精确且高效地制备包含目标结构的冷冻含水切片。
上述两项研究成果为冷冻电子断层扫描成像提供了更有效的样品制备方法，将为细胞原位研究提供更大的支持。
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