一种能够实现高分辨率成像的新型显微镜技术，有朝一日可以帮助医生诊断和治疗脑肿瘤。

使用一种新颖的显微镜技术，麻省理工学院和布莱根妇女医院/哈佛医学院的研究人员以前所未有的更高细节对人类脑组织进行了成像，揭示了以前看不见的细胞和结构。

在他们的发现中，研究人员发现一些“低级别”脑肿瘤含有比预期更多的推定 aggressive 肿瘤细胞，这表明其中一些肿瘤可能比以前认为的更具侵略性。

研究人员希望这项技术最终能够用于诊断肿瘤、生成更准确的预后，并帮助医生选择治疗方法。

使分子可见

这种新的成像方法基于扩展显微镜，这是Boyden实验室在2015年开发的一项技术，基于一个简单的 premise：研究人员设计了一种方法来扩展组织本身，使其可以使用普通光学显微镜以非常高的分辨率成像，而不是使用强大、昂贵的显微镜来获得高分辨率图像。

该技术通过将组织嵌入一种加水时会膨胀的聚合物中，然后软化和分解通常将组织固定在一起的蛋白质来工作。然后，加水使聚合物膨胀，将所有蛋白质相互拉开。这种组织 enlargement 使研究人员能够获得分辨率约为70纳米的图像，这以前只有使用非常 specialized 和昂贵的显微镜（如扫描电子显微镜）才能实现。

2017年，Boyden实验室开发了一种扩展 preserved 人体组织标本的方法，但他们使用的化学试剂也破坏了研究人员感兴趣的标记蛋白质。通过在扩展前用荧光抗体标记蛋白质，可以在扩展过程完成后可视化蛋白质的位置和身份。然而，通常用于此类标记的抗体在扩展前不易挤过 densely 堆积的组织。

因此，在这项研究中，作者设计了一种不同的组织软化方案，该方案可以分解组织但保留样品中的蛋白质。组织扩展后，可以用市售的荧光抗体标记蛋白质。然后，研究人员可以进行多轮成像，每轮标记三到四种不同的蛋白质。这种蛋白质标记使得能够对更多的结构进行成像，因为一旦组织扩展，抗体就可以挤过去并标记它们以前无法触及的蛋白质。

“我们打开了蛋白质之间的空间，这样我们就可以将抗体进入以前无法进入的拥挤空间，”Valdes说。“我们看到我们可以扩展组织，可以 decrowd 蛋白质，并且可以通过进行多轮染色在同一组织中对许多许多蛋白质进行成像。”

一种诊断工具

为了识别他们研究的胶质瘤中的 aggressive 肿瘤细胞，研究人员标记了波形蛋白，这是一种在高度 aggressive 的胶质母细胞瘤中发现的蛋白质。令他们惊讶的是，他们在低级别胶质瘤中发现的表达波形蛋白的肿瘤细胞比使用任何其他方法看到的都要多得多。

“这告诉了我们关于这些肿瘤生物学的一些信息，具体来说，其中一些肿瘤可能比使用标准染色技术推测的更具侵略性，”Valdes说。

当胶质瘤患者接受手术时，会使用免疫组织化学染色保存和分析肿瘤样本，这可以揭示某些侵略性标志物，包括本研究中分析的一些标志物。

“这些是无法治愈的脑癌，这种类型的发现将使我们能够确定要靶向哪些癌症分子，以便我们设计更好的治疗方法。它还证明了像我们这样在布莱根妇女医院的临床医生与像Ed Boyden这样在麻省理工学院的科学家互动的深远影响，以发现能够改善患者生活的新技术，”Chiocca说。

研究人员希望他们的扩展显微镜技术可以让医生更多地了解患者的肿瘤，帮助他们确定肿瘤的 aggressive 程度并指导治疗选择。Valdes now 计划对肿瘤类型进行更大规模的研究，试图根据可以使用这种技术揭示的肿瘤特征建立诊断指南。

“我们的希望是，这将是一种诊断工具，用于检测我们以前无法检测到的标志细胞、相互作用等，”他说。“这是一个实用的工具，将帮助神经肿瘤学和神经病理学的临床世界以前所未有的方式在纳米尺度上观察神经系统疾病，因为它从根本上是一个非常简单的工具。”

Boyden的实验室还计划使用这种技术来研究大脑功能的其他方面，无论是在健康组织还是患病组织中。

参考原文： Pablo A. Valdes, et al. “Improved immunostaining of nanostructures and cells in human brain specimens through expansion-mediated protein decrowding”. Science Translational Medicine. 31 January 2024. DOI: 10.1126/scitranslmed.abo0049.