荷兰拉德堡德大学的科学家们最近成功研制出一种新型显微镜,使得科学家首次能够实时捕捉生物过程的精彩瞬间。这一创新工具的出现,标志着生物与医学研究进入了一个全新的时代,科学家们现在可以观察蛋白质复合物在行动中的“模样”,并深入了解诸如新冠疫苗如何进入细胞、动脉钙化如何发生等重要生物过程。这项研究的相关论文已发表在《先进功能材料》杂志的最新一期。
在以往的研究中,科学家常常面临“鱼与熊掌”的选择:要么观察冷冻且静止的样品,从而获得分子层面的细节;要么观察活的样品,但细节却相对粗糙。传统的电子显微镜虽然能够提供高分辨率的图像,但其电子束会损坏生物材料及其周围的流体,限制了长时间观察生物过程的可能性。
面对这些挑战,研究团队提出了一种创新的解决方案。他们在样品组织周围涂上一层石墨烯保护层,以减少电子束的损伤。然而,这一过程面临一个关键问题:一旦使用保护膜,生物过程便会立即开始,科学家们必须在极短的时间内赶到显微镜前进行观察和调试,这通常需要至少半个小时,而生物过程可能在此期间就已经结束。
为了克服这一难题,研究团队设计了一套巧妙的流程:首先,他们在样品周围涂上石墨烯并迅速冷冻,以暂停生物过程。接着,利用光学显微镜锁定观察区域,最后将样品放入新开发的电子显微镜中。在设置完成后,通过加热材料重新激活生物过程,新型显微镜能够在纳米尺度上直接可视化这些生物过程。
借助这一新型显微镜,研究团队揭示了可能导致动脉和主动脉瓣钙化的生物过程中钙的沉积机制。当前,主动脉瓣钙化的治疗选择非常有限,除了完全瓣膜置换术外,尚无其他有效疗法,科学家对此类钙化的了解也相对匮乏。为了进一步研究这一领域,团队计划开发一种“芯片上的心脏瓣膜”,并利用新型显微镜深入探讨其内部机制。
荷兰拉德堡德大学的这一创新显微镜不仅为科学家提供了一个全新的观察工具,也为生物医学研究的未来开辟了新的可能性。随着对生物过程理解的加深,这项技术有望推动心血管疾病等领域的研究进展,最终造福人类健康。
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