【摘要】 在过去的十几年里，相位对比图像的倾斜断层扫描重建已经成为研究未染色、低温混合材料中细胞结构的最先进技术。

生物组织是由单个细胞形成的，这些细胞呈现出极其复杂多样的形态。对它们的三维超微结构的研究几乎等同于电子断层扫描。当细胞或组织切片嵌入塑料中并用铀和锇等重金属染色时，投影图像基于金属染色产生的散射对比度。染色化学可用于标记3D电子显微镜（EM）提供的超微结构中的特定结构或分子。

 

相关显微镜的一个新领域已经出现，将荧光方法与EM相结合，实现了两全其美。然而，溶解和脱水的步骤有引发形态变化的风险；此外，染色分布仅间接地代表细胞特征。如果某些结构没有被有效地染色，甚至可能完全错过。

 

如果样品能够立即固定到位，则可以实现细胞和组织的最终保存。这就是低温冷冻的目标，在低温冷冻中，完全水合的生物样本被迅速冷却（或在高压下），使水凝固成无定形玻璃，而不会结晶成冰。然而，在没有重金属染色的情况下，生物物质的轻元素对电子的散射太弱，无法产生传统的TEM图像。

 

在过去的十几年里，相位对比图像的倾斜断层扫描重建已经成为研究未染色、低温混合材料中细胞结构的最先进技术。Medalia等人[1]最近引入的基于互补金属氧化物半导体传感器的无闪烁体相机有望极大地改进原位细胞断层扫描，纯化的大分子已经证明了这一点。

 

Villa和Hsieh等人[2-3]的分子标记方法也受到保持低温条件的需要的限制，除非也使用化学固定。迄今为止报道的高分辨率结构采用了玻璃化薄层的分离或重建标本，其图像可以进行计算平均。虽然在这样薄的部分中可用的细节水平肯定令人印象深刻，但与单元的其余部分的空间关系丢失了。

 

[1] Medalia O, Weber I, Frangakis A S, et al. Macromolecular architecture in eukaryotic cells visualized by cryoelectron tomography[J]. Science, 2002, 298(5596): 1209-1213.

[2] Villa E, Schaffer M, Plitzko J M, et al. Opening windows into the cell: focused-ion-beam milling for cryo-electron tomography[J]. Current opinion in structural biology, 2013, 23(5): 771-777.

[3] Hsieh C, Schmelzer T, Kishchenko G, et al. Practical workflow for cryo focused-ion-beam milling of tissues and cells for cryo-TEM tomography[J]. Journal of structural biology, 2014, 185(1): 32-41.

 

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