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*張真核細(xì)胞的電子顯微鏡圖像誕生于1945年， Ruska家族不僅開(kāi)發(fā)了電子顯微鏡（EM），而且還在傳染病源（如細(xì)菌和病毒）的成像領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)了先河。1949年， 人們將細(xì)胞鑲嵌在聚合物中，切成薄片，zui終獲得了細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

在早期的研究中，研究者們的焦點(diǎn)集中在細(xì)胞器上，其中線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被研究得非常透徹。腦組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)也開(kāi)始使用透射電子顯微鏡（TEM）來(lái)觀察。在使用透射電子顯微鏡（TEM）來(lái)進(jìn)行研究期間，掃描電子顯微鏡（SEM）才剛剛開(kāi)始成為觀察樣品表面形貌的工具，直到20世紀(jì)60年代和70年代才被正式運(yùn)用 [1]。這篇博客提供了一些zui近在細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用研究中涉及到掃描電鏡（SEM）的案例。

圖1：電子顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用史

圖2：飛納電鏡下的絲狀偽足

圖3：飛納電鏡下的細(xì)胞

如何使用掃描電鏡（SEM）觀察高爾基體基質(zhì)蛋白對(duì)斑馬魚(yú)纖毛功能的影響

Bergen等人 [2] 給出了一個(gè)很好的例子。他們?cè)谘芯恐惺褂酶郀柣w基質(zhì)蛋白，并使用掃描電鏡觀察其對(duì)斑馬魚(yú)纖毛功能的影響。通過(guò)掃描電鏡對(duì)嗅覺(jué)神經(jīng)上皮細(xì)胞纖毛成像分析，可以證明它在兩種形態(tài)下的不同。

為了能夠用二次電子探測(cè)器對(duì)纖毛進(jìn)行成像，他們必須將樣品固定在多聚甲醛中，然后逐級(jí)脫水，再使用臨界點(diǎn)干燥儀進(jìn)行干燥，zui后進(jìn)行噴金處理。

從圖像中可以看出在體內(nèi)的再生表型和短干擾DNA的轉(zhuǎn)染，會(huì)導(dǎo)致光滑的纖毛變成球狀纖毛。因此，它們可以顯示出zui大的高爾基體基質(zhì)蛋白—巨蛋白，在纖毛生成和纖毛長(zhǎng)度的控制中起著重要作用。

如何使用掃描電鏡（SEM）觀察經(jīng)過(guò)碳納米管處理后人類巨噬細(xì)胞的功能

另一個(gè)案例延伸到人體的免疫機(jī)能。Sweeney等人 [3] 觀察了經(jīng)過(guò)碳納米管處理后人類巨噬細(xì)胞的功能變化。肺泡巨噬細(xì)胞能夠清除肺泡空間的外來(lái)物質(zhì)（微生物或粒子），是免疫細(xì)胞防御的*道防線。

在用掃描電鏡觀察巨噬細(xì)胞之前，先用乙醇對(duì)細(xì)胞脫水，然后，在噴金前使用的容器進(jìn)行封存。掃描電鏡（SEM）圖像能夠證明未經(jīng)處理的巨噬細(xì)胞表面有少量的絲狀偽足和一些膜的皺褶，而處理過(guò)的巨噬細(xì)胞被激活，表面平滑并有大量的絲狀偽足。

此外，大量的巨噬細(xì)胞在嘗試吞噬作用的部位被觀察到。得出的結(jié)論是，長(zhǎng)的碳納米管會(huì)影響巨噬細(xì)胞的功能。長(zhǎng)的碳納米管不僅激活了它們的生物活性，還降低了吞噬細(xì)菌的能力。這一結(jié)果與短碳納米管的觀測(cè)結(jié)果相反。

希望這兩個(gè)例子能說(shuō)明如何用SEM有效地對(duì)細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行觀察。

參考文獻(xiàn)

[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.