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科学家使用新X射线扫描技术对感染细胞进行快速全细胞定量成像

2022-03-01 15:02          X射线

为了对抗一场大流行病,科学界需要迅速行动。随着安全有效的疫苗现在广泛使用,以及少数有希望的COVID-19治疗方法即将问世,毫无疑问,生物研究的许多方面在过去两年中已经成功地加速了。现在,来自美国劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)和德国海德堡大学的研究人员利用新的X射线断层扫描技术提高了感染细胞的成像速度,这种显微镜成像技术可以产生令人难以置信的详细三维扫描。

他们的方法只需几分钟就能收集到其他方法需要数周准备和分析的数据,为科学家们提供了一种快速检查我们细胞的内部机制如何应对SARS-CoV-2或其他病原体的简单方法,以及细胞如何应对旨在治疗感染的药物。

“在我们的成像技术之前,如果人们想知道细胞内部发生了什么,并了解感染后发生了什么变化,他们必须经历固定、切片和染色细胞的过程,以便用电子显微镜进行分析。由于涉及到所有的步骤,这将需要数周的时间来获得答案。我们可以在一天内完成,”项目共同负责人、伯克利实验室生物科学领域的科学家Carolyn Larabell说。“因此,它真的加快了检查细胞的过程,对感染的后果,以及用一种可能治愈或预防疾病的药物治疗病人的后果。”

Larabell是加州大学旧金山分校的解剖学教授,也是美国国家X射线断层扫描中心的主任,该设施设在伯克利实验室的先进光源(ALS)。该设施的工作人员在21世纪初开发了软X射线断层成像(SXT),以填补其他细胞成像技术的空白。他们目前向全世界的调查人员提供SXT,并继续完善该方法。作为去年年底发表在《细胞报告方法》上的一项研究的一部分,她和三位同事对海德堡大学和德国感染研究中心的同事准备的人类肺部细胞样本进行了SXT。

在病毒学家Ralf Bartenschlager和物理学家Venera Weinhardt的领导下,德国团队小心翼翼地用SARS-CoV-2感染细胞,然后用醛基化合物对其进行化学固定--这一过程可以杀死细胞并将其固定,使其处于最后的生命状态(同时也使任何剩余的病毒颗粒失活)--在感染后6小时和24小时。

尽管对细胞做了化学固定,但当所得到的3D图像具有SXT所特有的精致细节和清晰度时,整个团队都欢欣鼓舞。他们的收获是,他们的方法将使许多实验室能够安全地对受感染的细胞进行成像,而没有固有的风险--以及相应的必要安全协议--与受感染的活细胞一起工作。

Larabell解释说:“这是非常重要的一点,因为有很多危险的生物体人们无法研究,因为不是每个人都有一个BSL-3(生物安全等级3)实验室。“例如,在伯克利实验室,没有人能够在他们的实验室里生长这些细胞。因此,它为很多我们以前无法成像的病原体实验打开了大门。”

Larabell小组的科学家Jian-Hua Chen和Valentina Loconte分别在美国国家X射线断层摄影中心进行了断层摄影会议和图像分析。两人都惊喜地看到SXT是如何在花费很少的时间准备样品,并且不使用染色剂或标记的情况下,以非常高的分辨率捕捉到肺细胞内不同细胞器的变化。通常需要这些额外的步骤来生成细胞图,其中不同的内部成分很容易区分。


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