冷凍電子斷層掃描術 (Cryo-ET) 作為一種強大的結構生物學工具，近年來在解析複雜生物分子機器和細胞結構方面取得了顯著進展。然而，Cryo-ET 仍然面臨著一些挑戰，包括樣品定位、數據採集效率和結構解析度。為了解決這些問題，研究人員正積極探索將螢光顯微鏡和聚焦離子束 (FIB) 技術與 Cryo-ET 相結合，以期實現更精準、高效的結構分析。
螢光顯微鏡輔助 Cryo-ET：精準定位目標結構
傳統 Cryo-ET 的一大挑戰在於尋找感興趣的結構。在擁擠的細胞環境中，定位特定的蛋白質複合物或細胞器往往耗時且效率低下。螢光顯微鏡的應用為解決此問題提供了新的途徑。通過對目標結構進行螢光標記，研究人員可以在 Cryo-ET 數據採集之前，利用螢光顯微鏡快速定位目標區域。
例如，研究人員可以利用基因編碼的螢光蛋白 (GFP) 或抗體偶聯的螢光染料，特異性地標記細胞內的特定結構。然後，使用低倍率的螢光顯微鏡掃描冷凍樣品，確定目標結構的位置。隨後，將樣品轉移到 Cryo-ET 設備，並根據螢光顯微鏡提供的坐標，精確地進行高倍率數據採集。這種方法顯著提高了數據採集效率，並減少了不必要的輻射損傷。
聚焦離子束 (FIB) 銑削：製備理想厚度的 Cryo-ET 樣品
對於厚度超過幾百奈米的樣品，電子束穿透能力有限，導致 Cryo-ET 圖像品質下降。因此，製備厚度均勻且適合 Cryo-ET 數據採集的薄片樣品至關重要。FIB 銑削技術為解決此問題提供了有效的手段。
FIB 銑削利用聚焦的離子束，精確地去除樣品表面的材料，從而製備出厚度均勻的薄片。通過控制離子束的能量和劑量，研究人員可以精確地控制銑削過程，避免對樣品造成過度損傷。此外，FIB 銑削還可以選擇性地去除樣品中的特定區域，例如細胞核或細胞質，從而暴露目標結構。
研究表明，結合 FIB 銑削和 Cryo-ET 技術，可以成功解析細胞內複雜結構的高分辨率結構。例如，研究人員利用 FIB 銑削技術製備了哺乳動物細胞的薄片樣品，然後使用 Cryo-ET 解析了核孔複合體的高分辨率結構。
整合螢光與 FIB 技術：實現更全面的結構分析
將螢光顯微鏡和 FIB 銑削技術與 Cryo-ET 相結合，可以實現更全面的結構分析。首先，利用螢光顯微鏡定位目標結構；然後，使用 FIB 銑削技術製備薄片樣品；最後，使用 Cryo-ET 解析目標結構的高分辨率結構。
這種整合方法不僅提高了數據採集效率，還提供了關於目標結構在細胞環境中的位置和相互作用的信息。例如，研究人員可以利用螢光顯微鏡觀察目標結構與其他細胞組分的相互作用，然後使用 FIB 銑削和 Cryo-ET 解析這些相互作用的分子機制。
結論與研判
螢光顯微鏡和 FIB 銑削技術的應用，極大地拓展了 Cryo-ET 的應用範圍和能力。螢光顯微鏡輔助定位提高了數據採集效率，而 FIB 銑削技術則為厚樣品的結構分析提供了可能。隨著技術的不斷發展和完善，我們有理由相信，整合螢光與 FIB 技術的 Cryo-ET 將在結構生物學領域發揮越來越重要的作用，為我們理解生命過程的分子機制提供更深入的見解。未來，更精準的螢光標記方法、更溫和的 FIB 銑削技術以及更高效的數據處理算法，將進一步推動 Cryo-ET 技術的發展，使其成為解析複雜生物結構的強大工具。
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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: January 30, 2026