電子斷層成像技術及其應用

電子斷層成像技術構建的線粒體的全新結構，向傳統教科書上的觀點發起挑戰。傳統觀點認為線粒體內膜向內突出形成冠狀的嵴，而斷層成像顯示為內膜向內突起形成管腔結構。迄今為止，電子斷層成像技術已廣泛應用到快速冷凍（plung-freezing）的樣品研究中去。自從快速冷凍和制作較厚的冷凍切片成為常規技術以來，快速冷凍法已已運用到800nm厚的樣品上。分離的線粒體常以500-1000nm的大小出現，這就允許使用快速冷凍方法制備樣品由于冷凍電鏡的優越性，有望將斷層成像技術應用到高壓冷凍的組織上來。

冷凍電子斷層成像技術對于觀察處于細胞內天然狀態的生物大分子復合物的三維空間狀態有著獨特的優勢。該方法是基于對保存在玻璃樣冰中的處于天然狀態的細胞經過不同的傾斜角度進行電子顯微成像，再將這些電子顯微像進行三維重構。5-8nm的分辨率圖像已經獲得，并且分辨率還在不斷提高。既然許多細胞內的生命活動都是由在20-50nm范圍內的復合物來執行，那么目前的分辨率足夠獲得他們的斷層圖像。然而，其他成分產生的噪音信號和細胞內各成分的密度疊加使解釋工作變得困難。最近斷層圖像數據可以在真核細胞外進行采集，斷層成像技術已開始揭示真核細胞在天然狀態下其內部結構的分子水平分辨率的三維結構。這些觀察代表了幾年來在自動數據采集，圖像重構和低溫保存技術進步的一個巔峰。

Baumeister小組報道了將冷凍電子斷層成像技術第一次因應用到完整的體外真核細胞上的結果。該研究描述了Dictyostelium discoideum.粘菌的離散細胞特點。Dictyostelium細胞的冷凍電子斷層圖像描述了核糖體、蛋白酶proteasomes，和通過肌動蛋白相關蛋白在空間上將肌動蛋白纖維連接而形成的網絡結構。