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扫描电镜在细胞生物学中的历史与应用

 发布时间:2018-01-09 点击量:5265

*张真核细胞的电子显微镜图像诞生于1945年, Ruska家族不仅开发了电子显微镜(EM),而且还在传染病源(如细菌和病毒)的成像领域开创了先河。1949年, 人们将细胞镶嵌在聚合物中,切成薄片,zui终获得了细胞内部结构。

 

在早期的研究中,研究者们的焦点集中在细胞器上,其中线粒体和内质网被研究得非常透彻。脑组织的细胞结构也开始使用透射电子显微镜(TEM)来观察。在使用透射电子显微镜(TEM)来进行研究期间,扫描电子显微镜(SEM)才刚刚开始成为观察样品表面形貌的工具,直到20世纪60年代和70年代才被正式运用 [1]。这篇博客提供了一些zui近在细胞生物学应用研究中涉及到扫描电镜(SEM)的案例。

 

图1:电子显微镜在细胞生物学研究中的应用史

 

图2:飞纳电镜下的丝状伪足

 

图3:飞纳电镜下的细胞

 

如何使用扫描电镜(SEM)观察高尔基体基质蛋白对斑马鱼纤毛功能的影响

 

Bergen等人 [2] 给出了一个很好的例子。他们在研究中使用高尔基体基质蛋白,并使用扫描电镜观察其对斑马鱼纤毛功能的影响。通过扫描电镜对嗅觉神经上皮细胞纤毛成像分析,可以证明它在两种形态下的不同。

 

为了能够用二次电子探测器对纤毛进行成像,他们必须将样品固定在多聚甲醛中,然后逐级脱水,再使用临界点干燥仪进行干燥,zui后进行喷金处理。

 

从图像中可以看出在体内的再生表型和短干扰DNA的转染,会导致光滑的纤毛变成球状纤毛。因此,它们可以显示出zui大的高尔基体基质蛋白—巨蛋白,在纤毛生成和纤毛长度的控制中起着重要作用。

 

如何使用扫描电镜(SEM)观察经过碳纳米管处理后人类巨噬细胞的功能

 

另一个案例延伸到人体的免疫机能。Sweeney等人 [3] 观察了经过碳纳米管处理后人类巨噬细胞的功能变化。肺泡巨噬细胞能够清除肺泡空间的外来物质(微生物或粒子),是免疫细胞防御的*道防线。

 

在用扫描电镜观察巨噬细胞之前,先用乙醇对细胞脱水,然后,在喷金前使用的容器进行封存。扫描电镜(SEM)图像能够证明未经处理的巨噬细胞表面有少量的丝状伪足和一些膜的皱褶,而处理过的巨噬细胞被激活,表面平滑并有大量的丝状伪足。

 

此外,大量的巨噬细胞在尝试吞噬作用的部位被观察到。得出的结论是,长的碳纳米管会影响巨噬细胞的功能。长的碳纳米管不仅激活了它们的生物活性,还降低了吞噬细菌的能力。这一结果与短碳纳米管的观测结果相反。

 

希望这两个例子能说明如何用SEM有效地对细胞生物学进行观察。

 

 

参考文献

 

[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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