多项成果获生命科学3D技术进展

　　

生物通报道：生命科学3D技术已经不再是一个新名词，目前已经出现了3D细胞培养，活细胞立体成像，基因组3D模型，3D图像计算技术等等，这些先进的技术让我们能对于生命这个神秘的机体获得越来越清晰的感官认识。

3D骨髓培养系统

来自日本，挪威的科学家在Experimental Biology and Medicine杂志上发文，介绍了立体骨髓培养系统，这一系统不仅可以用于三维立体骨髓培养系统，也可应用于中央神经系统、心脏与肝脏的立体组织培养。

平面骨髓培养系统无法长期培养造血细胞，因此无法用来进行基质细胞的功能性研究。在这篇文章中，研究人员在二十多种具有不同接合聚合物链长度、表面密度、聚合物网状结构以及接合聚合物侧链的粒子中，选出了最适合用于细胞培养的一种，并将其命名为G-02。他们发现鼠纤维母细胞株（MS-5 cell），表皮细胞株（HeLa cell）、骨源母细胞株（MC3T3E1 cell）与软骨细胞株（ch-8 cell）都可附着于G-02粒子并于其表面上快速生长。因此这一系统不仅用于三维立体骨髓培养系统，也可应用于中央神经系统、心脏与肝脏的立体组织培养。

CD34是一个广为人知的人类造血先驱细胞表面标志分子，不过带有CD34分子的细胞亦可分化成基质细胞。因此，当带有CD34标志分子的细胞与基质细胞共同培养时，对于事先建立的基质细胞层的功能将十分难以厘清。

而这项研究利用鼠基质细胞株（MS-5）而非人类的基质细胞，因此可以排除带有CD34标志分子的基质细胞所造成的影响。此一共培养系统帮助科学家们可以清楚的区分MS-5基质细胞层与带有CD34基质细胞的功能。这一研究团队正利用具有特异性的引子与探针来研究多种人类与鼠细胞生长素在基质细胞中的基因表达。

3D显微镜

美国科学家发明了一种3D显微镜，一般来说拍摄三维物体的显微照片有一定难度，因为光学显微镜的景深很浅。换句话说，照相机只能看到焦点对准的物体的一小部分，前景和背景失焦。而这种显微镜通过在不同聚焦水平下拍摄一系列照片，克服了这种局限性。

活细胞立体成像

来自宾夕法尼亚州州立大学的研究人员在进行细胞化学成分立体成像的过程中遇到了一些困难——对这些不能携带大分子碎片的化学成分进行三维成像不是件容易的事，宾夕法尼亚州州立大学的研究人员通过质谱的方法解决了这一问题，相关的文章发表在Anal Chem（80:7921–9）杂志上。

质谱成像技术能将基质辅助激光解吸电离质谱的离子扫描与图像重建技术结合，直接分析生物组织切片，产生任意质荷比(m/z)化合物的二维或三维分布图。其中三维成像图是由获得的质谱数据，通过质谱数据分析处理软件自动标峰，并生成该切片的全部峰值列表文件，然后成像软件读取峰值列表文件，给出每个质荷比在全部质谱图中的命中次数，再根据峰值列表文件对应的点阵坐标绘出该峰的分布图。

为了能获得优质的三维质谱成像图，Winograd教授从质谱成像的根源进行了技术修订，质谱成像技术有一个基本技术，即SIMS（二次离子质谱，secondary ion mass spectrometry），这种质谱技术是表面分析的有利工具，能检测出微小区域内的微量成分，绝对检出限10-12-10-19g，相对检出限ppm-ppb，具有能进行杂质深度剖析和各种元素在微区范围内同位素丰度比的测量。

SIMS用于成像早在这种技术用于生物学研究的十年前就已经开始了，比如分析集成电路（integrated circuits）中的化学成分，这种技术具有几个优点：速度快（~10,000 spectra per second），亚细胞构造分辨率（~100 nm），以及不需要基质。另外一方面，不同于MALDI方法，SIMS方面不是一种“软”技术，这种方法只能对小分子成像，因此常常需要进行粉碎。

Winograd教授改良了这种方法，利用一种新型SIMS光束（carbon-60 磁性球），这种新光束比传统的SIMS光束对物体的化学损伤更小。这C60同时撞击样品表面，类似于“一阵爆炸”，这样重复的轰击使得研究人员能深入样品，进行三维分子成像，Winograd教授称这个过程是“分子深度成像”（molecular depth profiling，生物通译）。

Winograd教授研究小组利用这种方法分析了原生动物四膜虫与细胞膜弯曲有关的脂质化学物的变化情况，他说，“随着形状的改变，脂质分析的形状也发生了变化。”

C60的能量与其它的离子束相当，这样样品可以连续地被逐层剥离，研究人员就可以得到纵面图形，最终获得三维的分子影像。Winograd教授等人用含有肽的糖溶液将硅的薄片包裹起来并进行SIMS实验，随着薄膜逐渐被C60剥蚀，可以获得糖和肽的稳态信号。最终，薄膜完全剥离后就可以获得硅的信号。如果用其它的射线或原子离子代替C60 ，粒子束会快速穿过肽膜而无法提供有关生物分子的信息。

生物样品很复杂，对它们进行高分辨率的影像研究和化学成分分析是很有意义的事情，这项技术具有良好的空间分辨率，能够获得巨噬细胞和星型细胞的细胞特征和分析物的分布情况。

（生物通：万纹）