許多生物學(xué)和病理學(xué)過程不受生物分子(例如蛋白質(zhì)或核酸)的存在，不存在或功能的嚴(yán)格控制，而是通過細(xì)胞內(nèi)特定位置的數(shù)量的細(xì)微變化來控制。然而，盡管近來光學(xué)成像技術(shù)的革命使得能夠區(qū)分彼此相距小于200nm的分子靶，但現(xiàn)代超分辨率技術(shù)仍然面臨著準(zhǔn)確且精確地計(jì)數(shù)細(xì)胞位置處的生物分子數(shù)量的挑戰(zhàn)。

由Wyss生物啟發(fā)工程研究所的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新分析工具解決了這個(gè)問題。由Wyss研究所核心研究員，哈佛醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)教授Peng Yin博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，以前開發(fā)的DNA-PAINT和Exchange-PAINT超分辨率顯微鏡平臺(tái)，現(xiàn)在計(jì)算生物樣品中的不同分子種類，具有高精度和高精度。DNA-PAINT比昂貴的超分辨率顯微鏡提供更高的分辨率，而Exchange-PAINT可以在同一生物樣品中檢測多種不同的分子。該方法在3月28日的Nature Methods上發(fā)表。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)使用高度定量的分析工具套件增強(qiáng)了我們的DNA驅(qū)動(dòng)的超分辨率顯微鏡方法。正如我們所說，qPAINT可以精確計(jì)算細(xì)胞內(nèi)特定位置的特定分子的實(shí)際數(shù)量，”Yin說。“引入這種定量能力已經(jīng)極大地?cái)U(kuò)展了這種綜合性和廉價(jià)技術(shù)的成像能力范圍，因此它可以應(yīng)用于生物和臨床研究的許多領(lǐng)域。”

DNA驅(qū)動(dòng)的成像技術(shù)的關(guān)鍵是兩條短鏈DNA的瞬時(shí)相互作用，一條稱為“對(duì)接鏈”，附著在分子目標(biāo)上，可視化，另一條稱為“成像鏈”，帶有發(fā)光染料。

“我們可以精確地編程兩條互補(bǔ)DNA鏈瞬間相互作用的時(shí)間間隔，這樣當(dāng)這對(duì)鏈經(jīng)過結(jié)合和解離時(shí)，染料會(huì)以特定的頻率閃爍。從這個(gè)頻率的增加，我們?nèi)缓罂梢杂胵PAINT分析推斷出在特定的細(xì)胞位置上確切有多少目標(biāo)，而不是在空間上解析每個(gè)目標(biāo)，“該研究的兩位共同第一作者之一，前博士后研究員Ralf Jungmann博士說。 Yin的實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)在是德國慕尼黑Ludwig Maximilian大學(xué)Max Planck生物化學(xué)??研究所的組長。

將這種結(jié)合分析應(yīng)用于DNA-PAINT和Exchange-PAINT使得Wyss團(tuán)隊(duì)可以忽略熒光染料在超分辨率顯微鏡中實(shí)現(xiàn)真正定量潛力的常見問題，例如難以模擬的光物理特性和衰退趨勢在光的影響下，這種現(xiàn)象稱為光漂白。

在早期的原理驗(yàn)證研究中，該團(tuán)隊(duì)將DNA驅(qū)動(dòng)的超分辨率顯微鏡與高度特異性和廣泛可用的檢測試劑相結(jié)合，例如，將對(duì)接鏈連接到特異性結(jié)合各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)和復(fù)合物中的分子或DNA探針的抗體上。與特定信使RNA分子結(jié)合，穿梭細(xì)胞內(nèi)的遺傳信息。

“使用qPAINT，我們計(jì)算了抗體靶向細(xì)胞表面或細(xì)胞核周圍的膜，甚至刺激肌肉抽搐的神經(jīng)末梢的蛋白質(zhì)數(shù)量。該技術(shù)可與大量整合一系列檢測試劑最終計(jì)算了他們執(zhí)行任務(wù)的細(xì)胞位點(diǎn)上不同的感興趣分子，“該工作的另一位共同第一作者，尹團(tuán)隊(duì)的博士后研究員MaierAvendaño博士說。

“qPAINT為這個(gè)簡單的超分辨率顯微鏡平臺(tái)增添了一個(gè)強(qiáng)大的新工具，現(xiàn)在它為研究人員提供了非凡的能力，可以量化特定位置分子數(shù)量的變化如何影響細(xì)胞信號(hào)和功能。最令人驚奇的是，他們沒有需要昂貴的顯微鏡，所以它幾乎可以被任何生物或臨床實(shí)驗(yàn)室使用，“Wyss研究所創(chuàng)始主任Donald Ingber博士說，他也是哈佛醫(yī)學(xué)院血管生物學(xué)的Judah Folkman教授。波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學(xué)項(xiàng)目和哈佛大學(xué)John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的生物工程教授。