在低分辨率（左）和高分辨率（右）下的小鼠大脑组织中，红外光谱学可将星形胶质细胞与神经元分辨开来。图片来源：ARIS POLYZOS & LILA LOVERGNE

为了观察细胞，研究人员通常需要将其从原生环境中分离出来，使用固定液处理，甚至修改其DNA，这些操作往往会改变细胞的生理状态。然而，一种基于红外辐射的新技术有望实现对细胞的无损探测，使其在研究过程中保持活性。美国加州劳伦斯·伯克利国家实验室（LBNL）的生物物理学家Cynthia McMurray和物理学家Michael Martin带领的团队发现，通过同步加速器产生的红外辐射，可以捕捉细胞的生物化学标记，从而在不损伤细胞的情况下对其进行分类。

该团队在2018年6月于英国举行的SPEC会议上报告了初步结果，目前正在利用陈扎克伯格倡议（CZI）的资助进一步评估这一技术。如果成功，该技术将为“人类细胞图集”项目提供重要工具，帮助绘制人体内所有细胞的种类和位置。此外，该技术未来可能应用于疾病诊断、细胞变化探测以及胚胎发育研究。

科学家们对这一未发表的研究成果表示期待。英国曼彻斯特大学光谱学家Peter Gardner表示：“我非常期待看到这项研究的结果。”都柏林理工学院化学物理学家Hugh Byrne则对团队的实验设计印象深刻，认为这是证明该技术潜力的关键研究。

与传统的荧光标记技术相比，红外光谱技术具有显著优势。荧光标记需要向细胞导入外源基因（如绿色荧光蛋白GFP），这会改变细胞的生理机能，且激光激发过程可能损伤或杀死细胞。而红外光谱技术则完全无侵入性，通过检测细胞对不同波长红外光的吸收模式，可以获得细胞的生物化学指纹，从而实现更全面的细胞分类。

红外光谱技术的关键在于其非侵入性，能够直接应用于活体细胞和未受损伤的组织。当细胞暴露于不同波长的红外辐射时，其吸收光谱模式可以反映出细胞内化学物质的组成。尽管这种方法无法像荧光标记一样识别特定分子，但它能够提供细胞整体生物化学特征，从而区分不同类型的细胞。

由于标准红外光源的敏感性不足，研究团队使用了LBNL的先进光源同步加速器，其产生的红外光束是全球最强之一，能够实现更高分辨率和保真度。在SPEC2018会议上，团队展示了他们在小鼠大脑切片中成功区分神经元和星形胶质细胞，并在模拟亨廷顿氏病模型中检测到脂肪增多等退化标志。

未来，研究人员计划利用机器学习算法自动化细胞分类过程，并进一步验证细胞光谱标签在不同组织环境中的稳定性。尽管同步加速器设备体积庞大且成本高昂，但团队希望通过建立光谱模式目录，使其他科学家能够利用实验室级设备进行比对分析。

尽管存在设备限制，科学家们仍对该技术的潜力充满信心。Gardner认为，随着实验室设备的进步，该技术有望在医疗领域得到广泛应用。