掃描式電子顯微鏡(SEM)在細胞生物學研究應用

第一張電子顯微鏡真核細胞的影像於1945年誕生,Ruska家族不僅研製的一台電子顯微鏡,也在傳染病源(如細菌和病毒)的成像領域開創先河。直到1949年,首次將樣品鑲嵌至聚合物中切薄,獲得細胞內部結構。早期的研究著重在細胞器上,尤其是粒線體與內質網的研究非常透徹。腦組織的細胞結構也開始使用透射電子顯微鏡(TEM)觀察。在頻繁使用TEM進行研究之時,掃描式電子顯微鏡(SEM)才剛剛出現作為觀察樣品表面形貌成像的工具,直到1960~1970年代[1]才開始嶄露頭角。下文中將提出近期SEM在細胞生物醫學應用研究中的一些案例。

圖1:電子顯微鏡在細胞生物學領域演進表
圖2:絲狀偽足的SEM成像

如何使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察高爾基體蛋白巨蛋白對斑馬魚纖毛功能的影響

Bergen等人[2]提供了一個很好的例子。他們在研究中使用高爾基體蛋白巨蛋白,用掃描式電子顯微鏡觀察其對斑馬魚纖毛功能的影響。 通過掃描式電子顯微鏡SEM對嗅覺上皮神經上皮纖毛成像,可以證明它在兩種型態下的差異。

在使用二次電子探測器對纖毛進行成像之前,他們必須先用多聚甲醛固定樣品,然後使其脫水,再使用臨界點乾燥儀進行處理,最後進行鍍金處理。

從圖像中可以看出體內的再生表型和短干擾DNA的轉染,導致平滑纖毛變成球形纖毛尖端。因此,他們可能顯示最大的高爾基體蛋白巨人蛋白在纖毛形成和纖毛長度控制中有著重要作用。

如何使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察奈米碳管處理後對人類巨噬細胞的功能影響

另一個例子擴展到人類免疫機制。 Sweeney等人[3]觀察到奈米碳管處理後對人類巨噬細胞的功能影響。 肺泡巨噬細胞從肺泡中清除異物(微生物或微粒),提供免疫細胞防禦的第一道防線。

使用掃描式電子顯微鏡SEM觀察巨噬細胞前,先用乙醇對細胞進行脫水處理,將其密封在專用器具上,然後進行鍍金處理。 從SEM圖像能夠證明未經處理的巨噬細胞呈球形,且幾乎沒有絲狀偽足,僅有一些膜的皺褶;而經處理的巨噬細胞被活化,表面平滑並顯示大量絲狀偽足。

另外,在企圖吞噬作用的部位觀察到大量巨噬細胞。 得出的結論是,長的奈米碳管會影響巨噬細胞功能。長的奈米碳管不僅會激活其生物反應性,還會降低吞噬細菌的能力。 該結果與短奈米碳管的觀察結果相反。

希望這兩個例子可以說明如何用SEM有效的對細胞生物學研究進行觀察。

參考文獻
[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.

作者介紹
Karl Kersten

Karl Kersten是Thermo Scientific Phenom SEM電子顯微鏡應用團隊的負責人。 他對Phenom產品充滿熱情,致力於將客戶需求轉換為產品或軟體功能,使客戶實現其目標。

原文網址: https://blog.phenom-world.com/scanning-electron-microscopy-cell-biology-research

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