Delmic光電聯(lián)用助力解決植物樣品盲切Cryo-ET薄片中的難題

文獻(xiàn)來(lái)源：
Pöge Matthias, Dickmanns Marcel, Xu Peng, Li Meijing, Schiøtz Oda H, Kaiser Christoph OJ, Ma Jianfei, Bieber Anna, Capitanio Cristina, Brenner Johann, Riggi Margot, Klumpe Sven, Miras Manuel, Kazemein Jasemi Neda S, Schulze Waltraud X, Simon Rüdiger, Frommer Wolf B, Plitzko Jürgen M, Baumeister Wolfgang (2025) Making plant tissue accessible for cryo-electron tomography eLife 14:RP106455

https://doi.org/10.7554/eLife.106455.1

冷凍電子斷層掃描是揭示細(xì)胞內(nèi)分子機(jī)器原位結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，對(duì)于體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多細(xì)胞植物組織，其樣品制備長(zhǎng)期面臨兩大挑戰(zhàn)：高壓冷凍后樣品“不透明”，難以定位；聚焦離子束銑削時(shí)如同“盲切”，成功率低。

近期，一項(xiàng)發(fā)表于《eLife》的研究取得了根本性突破。馬普研究所等團(tuán)隊(duì)首次系統(tǒng)建立了多細(xì)胞植物組織的冷凍電鏡工作流程，成功對(duì)苔蘚、擬南芥胚胎等多種植物組織進(jìn)行了亞納米分辨率的原位結(jié)構(gòu)解析。

此項(xiàng)成功的關(guān)鍵，在于將Delmic集成光電聯(lián)用系統(tǒng)作為整個(gè)工作流的“核心導(dǎo)航”。

01 挑戰(zhàn)：從“盲切”到“導(dǎo)航”
植物樣品經(jīng)高壓冷凍后，目標(biāo)細(xì)胞被包裹在厚達(dá)數(shù)十微米的透明冰中，在電子束下無(wú)法直接識(shí)別。傳統(tǒng)的離子束銑削缺乏定位能力，難以精確切割出包含特定細(xì)胞器或連接處的超薄冰片。

解決方案：熒光引導(dǎo)的精準(zhǔn)定位
研究團(tuán)隊(duì)利用Delmic的Meteor集成熒光顯微鏡與Odemis控制軟件，構(gòu)建了精準(zhǔn)的空間定位系統(tǒng)：

1. 宏觀篩選：利用熒光顯微鏡，通過(guò)植物組織的自發(fā)熒光，快速鎖定感興趣的區(qū)域。
2. 原位關(guān)聯(lián)：在雙束電鏡內(nèi)，集成熒光模塊可在銑削前、中、后多次對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行成像，將熒光信號(hào)（目標(biāo)位置）與電子束圖像（樣品形貌）進(jìn)行像素級(jí)精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)。
3. 深度確定：通過(guò)獨(dú)特的“FIB-view”模式，從離子束角度進(jìn)行熒光成像，精確判斷目標(biāo)結(jié)構(gòu)在冰層下的深度，確保其被完整保留在最終的超薄冰片中。

圖為苔蘚的冷凍處理與高壓冷凍 (HPF) 的比較

02 結(jié)果：從方法到發(fā)現(xiàn)
憑借這一導(dǎo)航系統(tǒng)，該研究實(shí)現(xiàn)了：

• 流程成功建立：在苔蘚、擬南芥、濱藜等多種植物組織上，穩(wěn)定制備出高質(zhì)量冷凍切片。
• 結(jié)構(gòu)成功解析：對(duì)葉綠體中的Rubisco酶進(jìn)行了原位亞納米分辨率結(jié)構(gòu)解析，并發(fā)現(xiàn)其非隨機(jī)分布的排列特征。

這項(xiàng)研究證明，光電聯(lián)用技術(shù)是解鎖復(fù)雜多細(xì)胞樣品，尤其是植物樣品，進(jìn)行冷凍電子斷層掃描的必備鑰匙。它解決了“看得見(jiàn)”（熒光定位）和“切得準(zhǔn)”（FIB加工）的根本矛盾。

03 為何選擇Delmic
此項(xiàng)研究并非簡(jiǎn)單地使用一臺(tái)熒光顯微鏡。它突顯了真正深度集成、為關(guān)聯(lián)工作流優(yōu)化的光電聯(lián)用系統(tǒng)的不可替代優(yōu)勢(shì)：

• 硬件深度集成：Delmic的Meteor集成式熒光顯微鏡，專(zhuān)為FIB-SEM環(huán)境設(shè)計(jì)，光路與離子束、電子束精準(zhǔn)校準(zhǔn)，確保熒光圖像與電鏡圖像的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系精確無(wú)誤，這是后期精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)。
• 軟件智能控制：其配套軟件（如Odemis）實(shí)現(xiàn)了對(duì)熒光成像、電鏡成像和離子束控制的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。研究人員可以直接在關(guān)聯(lián)圖像上測(cè)量距離、規(guī)劃銑削圖案，將復(fù)雜的空間計(jì)算轉(zhuǎn)化為直觀的操作指令，極大提升了工作效率與成功率。
• 流程無(wú)縫銜接：從離機(jī)初篩到機(jī)上精確定位、深度校準(zhǔn)，再到最終的FIB銑削，光電信號(hào)始終是貫穿全程的引導(dǎo)線(xiàn)索。Delmic的系統(tǒng)正是為這樣連續(xù)、閉環(huán)的關(guān)聯(lián)工作流程而生，避免了不同設(shè)備間轉(zhuǎn)移樣品帶來(lái)的誤差和風(fēng)險(xiǎn)。

圖為樣品篩選和靶向薄片制備

覃思科技作為 Delmic 光電聯(lián)用（CLEM）系統(tǒng)在中國(guó)的唯一代理商，致力于將這一國(guó)際領(lǐng)先的研究平臺(tái)引入國(guó)內(nèi)科研一線(xiàn)，助力生命科學(xué)前沿研究。Delmic 提供的并不僅是一套硬件設(shè)備，而是經(jīng)全球頂尖實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期驗(yàn)證的、完整而成熟的集成式關(guān)聯(lián)顯微解決方案，覆蓋從樣品制備、精準(zhǔn)定位到數(shù)據(jù)采集與關(guān)聯(lián)分析的lamella milling完整流程，尤其是最新推出的METEOR 2.0系統(tǒng)，進(jìn)行了多項(xiàng)重要改進(jìn)和升級(jí)，可顯著提升復(fù)雜生物問(wèn)題的研究效率與可靠性。

該系統(tǒng)廣泛適用于多類(lèi)生命科學(xué)研究方向，包括但不限于：

• 細(xì)胞生物學(xué)（Cell Biology）：亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)定位與功能解析
• 神經(jīng)生物學(xué)（Neuroscience）：突觸結(jié)構(gòu)與神經(jīng)功能的相關(guān)研究
• 微生物學(xué)與感染生物學(xué)（Microbiology & Infection Biology）：病毒 / 細(xì)菌感染及宿主互作機(jī)制
• 細(xì)胞器與膜動(dòng)力學(xué)（Organelle & Membrane Dynamics）：自噬、內(nèi)吞及分泌通路研究
• 發(fā)育生物學(xué)與模式生物（Developmental Biology）：組織與胚胎中的精確定位分析
• 細(xì)胞病理與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)（Pathology & Translational Research）：疾病相關(guān)超微結(jié)構(gòu)與病理機(jī)制研究

通過(guò) Delmic METEOR/METEOR 2.0系統(tǒng)，科研工作者能在同一樣品、同一興趣區(qū)域（ROI）內(nèi)，將“光學(xué)看到的功能信號(hào)”與“電鏡解析的超微結(jié)構(gòu)”精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，為細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、感染機(jī)制及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)研究提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。