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掃描電鏡在細(xì)胞生物學(xué)中的歷史與應(yīng)用

 更新時(shí)間:2018-01-09 點(diǎn)擊量:8624

*張真核細(xì)胞的電子顯微鏡圖像誕生于1945年, Ruska家族不僅開發(fā)了電子顯微鏡(EM),而且還在傳染病源(如細(xì)菌和病毒)的成像領(lǐng)域開創(chuàng)了先河。1949年, 人們將細(xì)胞鑲嵌在聚合物中,切成薄片,zui終獲得了細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

 

在早期的研究中,研究者們的焦點(diǎn)集中在細(xì)胞器上,其中線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被研究得非常透徹。腦組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)也開始使用透射電子顯微鏡(TEM)來觀察。在使用透射電子顯微鏡(TEM)來進(jìn)行研究期間,掃描電子顯微鏡(SEM)才剛剛開始成為觀察樣品表面形貌的工具,直到20世紀(jì)60年代和70年代才被正式運(yùn)用 [1]。這篇博客提供了一些zui近在細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用研究中涉及到掃描電鏡(SEM)的案例。

 

圖1:電子顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用史

 

圖2:飛納電鏡下的絲狀偽足

 

圖3:飛納電鏡下的細(xì)胞

 

如何使用掃描電鏡(SEM)觀察高爾基體基質(zhì)蛋白對(duì)斑馬魚纖毛功能的影響

 

Bergen等人 [2] 給出了一個(gè)很好的例子。他們?cè)谘芯恐惺褂酶郀柣w基質(zhì)蛋白,并使用掃描電鏡觀察其對(duì)斑馬魚纖毛功能的影響。通過掃描電鏡對(duì)嗅覺神經(jīng)上皮細(xì)胞纖毛成像分析,可以證明它在兩種形態(tài)下的不同。

 

為了能夠用二次電子探測器對(duì)纖毛進(jìn)行成像,他們必須將樣品固定在多聚甲醛中,然后逐級(jí)脫水,再使用臨界點(diǎn)干燥儀進(jìn)行干燥,zui后進(jìn)行噴金處理。

 

從圖像中可以看出在體內(nèi)的再生表型和短干擾DNA的轉(zhuǎn)染,會(huì)導(dǎo)致光滑的纖毛變成球狀纖毛。因此,它們可以顯示出zui大的高爾基體基質(zhì)蛋白—巨蛋白,在纖毛生成和纖毛長度的控制中起著重要作用。

 

如何使用掃描電鏡(SEM)觀察經(jīng)過碳納米管處理后人類巨噬細(xì)胞的功能

 

另一個(gè)案例延伸到人體的免疫機(jī)能。Sweeney等人 [3] 觀察了經(jīng)過碳納米管處理后人類巨噬細(xì)胞的功能變化。肺泡巨噬細(xì)胞能夠清除肺泡空間的外來物質(zhì)(微生物或粒子),是免疫細(xì)胞防御的*道防線。

 

在用掃描電鏡觀察巨噬細(xì)胞之前,先用乙醇對(duì)細(xì)胞脫水,然后,在噴金前使用的容器進(jìn)行封存。掃描電鏡(SEM)圖像能夠證明未經(jīng)處理的巨噬細(xì)胞表面有少量的絲狀偽足和一些膜的皺褶,而處理過的巨噬細(xì)胞被激活,表面平滑并有大量的絲狀偽足。

 

此外,大量的巨噬細(xì)胞在嘗試吞噬作用的部位被觀察到。得出的結(jié)論是,長的碳納米管會(huì)影響巨噬細(xì)胞的功能。長的碳納米管不僅激活了它們的生物活性,還降低了吞噬細(xì)菌的能力。這一結(jié)果與短碳納米管的觀測結(jié)果相反。

 

希望這兩個(gè)例子能說明如何用SEM有效地對(duì)細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行觀察。

 

 

參考文獻(xiàn)

 

[1] Is EM dead? – Knott & Genoud, Journal of Cell Science, 126, 2013.

 

[2] The Golgi matrix protein giantin is required for normal cilia function in zebrafish – Bergen et al., Biology open, 2017.

 

[3] Functional consequences for primary human alveolar macrophages following treatment with long, but not short, multiwalled carbon nanotubes – Sweeney et al., International Journal of Nanomedicine, 2015.

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