让细胞膨胀8000倍！耶鲁团队革命性发明，肉眼也能看清细胞

我们通过眼睛窥见世间万物，但人眼的分辨率终究是有限的。我们可以看清窗户上的一只蚂蚁，但却看不到组成这只蚂蚁的一个个细胞。好在，显微镜的出现让我们开始接触细胞层面的微观世界；而探索更细微的核糖体、微管等超微结构，则需要更先进的高分辨率荧光显微镜与电子显微镜。

在这样的背景下，接下来的这段设想简直是不切实际：一枚直径40微米的普通细胞，我们用肉眼就能看清基本结构；同时，普通的光学显微镜也能“平替”那些昂贵的仪器，研究其中的超微结构特征。

但科技的发展，就是实现一个个“不可能”的过程。现在，耶鲁大学细胞生物学教授Joerg Bewersdorf带领团队，为我们表演了一场放大细胞的“魔术”。通过对细胞的“膨胀-染色”两步改造，细胞体积被放大至少8000倍，变得肉眼可见，并且普通显微镜能够看清细胞的超微结构。这项新技术带来的不仅是视觉奇观，还有望将前沿的生物学研究带到更广泛的地区。

▲通过最新研究的不透明显微成像技术，我们可以用肉眼看见细胞结构（图片来源：Ons M’Saad）

这项突破的起点，要从2015年的一项研究说起。当时，作为开创了光遗传学领域的先驱之一，麻省理工学院的Edward Boyden教授在《科学》杂志上发表了另一项开创性的新发明：膨胀显微成像技术（Expansion Microscopy）。

这项技术首先在聚阴离子水凝胶的帮助下，将荧光标记的生物样本放大；接下来利用荧光显微技术观察放大后的样本。这样一来，最终的放大倍数就是物理放大与显微镜光学放大倍数的乘积。

▲利用膨胀显微成像技术看见的小鼠脑组织（图片来源：参考资料[3]）

在这项技术的基础上，Bewersdorf教授开始设想新的可能性。以普通的海拉细胞为例，如果能够将细胞直径放大20倍，也就是细胞体积膨胀8000倍，那么理论上来说，肉眼就足以看见细胞的结构。

当然，这里有一个障碍需要解决：在膨胀的细胞里，蛋白质也被稀释了8000倍。这时的细胞虽然足够大了，但肉眼却无法将细胞组织从背景中区分出来。因此，要用肉眼捕捉细胞，还需要想办法提升样本的可见度。

基于这两点，Bewersdorf教授团队开发出了全新的不透明显微成像技术（Unclearing Microscopy）。简单来说，这项技术对细胞样本进行了两项关键的处理：让细胞膨胀，以及给细胞染色。