化学家们揭示了一种关键对比剂的工作机制，为新标记物的发展铺平了道路，这些标记物对于相关显微镜技术至关重要，可以同时捕捉细胞的结构和信号传递过程。犹他大学化学系的两个研究团队合作增强了成像工具，可能使科学家能够深入了解细胞信号传递和其他生命必需的分子过程。
Noriega和Hammond实验室专注于材料化学和化学生物学， 本月在《美国化学学会杂志》中发布了重要发现。他们的合作始于犹他大学科学学院和3i倡议提供的团队发展资金，旨在促进跨学科研究以解决更大的科学问题。
“我们正在研究一种新颖的成像技术，它允许观察细胞复杂的结构特征，同时捕捉它们的活动。”共同作者Ming Hammond说。“现有的方法在细胞结构方面的分辨率优秀，但常常忽略功能方面。在这项研究中，我们调查了一种可能在电子显微镜中使用的工具，以同时提供结构和功能的见解。”
根据共同作者Rodrigo Noriega的说法，生物样本通常需要“标记物”，即发出可检测信号的分子。一种常见的标记物是黄酮蛋白，当它们被光激活时，会启动一个化学反应，生成吸收金属的聚合物颗粒，在电子显微镜中形成鲜明的对比。
“早期的研究集中在标记物上，而没有纳入它们所生成的材料，但我们的研究在模型中包含了材料化学的方面。”Noriega解释说，他最近获得了斯隆研究奖学金，该奖学金认可那些致力于转变其学科的有前途的早期职业科学家。
长期以来，科学家们认为，单重氧生成——一种独特的反应性氧种——是这一机制的关键。然而，犹他大学的团队发现，主要因素是光激发标记物与聚合物前驱体之间的电子转移。
“我们正在研究一种常用于这种新型成像的工具，这种工具的工作方式被许多人假定为特定的，”Hammond指出，“但我们的光物理研究揭示了一个意想不到的机制。”这一先前未被注意到的电子转移路径产生了反应性物种，为电子显微镜提供了必要的对比，而不依赖于单重氧。
根据Noriega和Hammond的说法，这一新的理解可能有助于研究人员优化这些标记物的设计。合作团队在这些发现的基础上，扩大了所使用的聚合物构建块的种类和组合，同时实施了在单重氧来源方面效果较差但是在电子转移方面表现卓越的标记物，并在以前具有挑战性的环境中创建对比剂。
“Noriega表示：‘除了在电子显微镜中的应用外，这些标记物还能够从同一样本生成两幅图像：一幅通过光学显微镜，另一幅通过电子显微镜。这种多层次的方法提供的信息显著超过了每种方法单独所能获得的信息。’”他将这一方法称为相关显微镜，类比于谷歌地图中看到的各种层次。
这些进展可能增强科学家对细胞信号传递的理解——这是生命的一个重要方面——无论是在单个细胞内还是在细胞群体中。
“细胞通过化学信号进行通信，这也是它们判断邻近细胞是友好还是敌对的方法。这种沟通影响着它们在社区中如何合作、竞争，甚至伪装。”Hammond补充道。在复杂布置中，映射细胞组之间的这些化学信号需要在样本结构的空间背景下检测活动水平。“我们希望能够可视化它们的相互作用以及它们的周围环境。”
