【要闻】中科大新技术可给肝癌细胞拍“超清写真”

4月23日，合肥在线(记者荚姐姐)从中国科学技术大学获悉，由该校杜江峰院士领导的中科院微观磁共振要点实验室开发了细胞原位纳米磁共振成像实验平台，与中科院生物物理所徐涛院士团队合作，对细胞原位铁蛋白分子中铁离子进行了自旋 该研究成果发表在年4月出版的《科学&bull； 进展》在期刊上。

据介绍，原子核位于外磁场中，可以吸收和发射与频率相应的电磁波，引起磁共振现象。 现代医学广泛采用的磁共振技术就是利用这一原理进行成像的。 但是，传统磁共振技术的空间分辨率在微米级以上，无法对人体细胞内部分子进行成像。 细胞内生物分子大小为纳米级，产生的磁信号非常弱，线圈传感器检测不到，拍不到高清晰的照片，看不到单分子美丽的结构。 在细胞原位实现生物分子的纳米级磁共振成像与结构分析是生物学研究皇冠上的课题。

杜江峰院士领导的团队在《科学》杂志上发表的研究表明，以金刚石中的氮空位点为量子传感器，可以检测单一蛋白质分子的磁共振光谱，杜江峰团队在室温大气条件下获得了世界上首个单一蛋白质分子的磁共振光谱， 年，该团队在液体环境中检测到单一dna分子的磁共振光谱，实现了与生理环境的对接。

纳米磁共振成像实验平台的示意图。 中科大供图

今年，杜江峰团队更进一步，自主开发了细胞原位纳米磁共振成像实验平台。 这个实验平台的关键器件是金刚石传感器。 将金刚石晶体结构中的碳原子( 6电子)替换为氮原子( 7电子)，再加上氮原子旁边的空位，就会形成金刚石传感器的核心氮空位点缺陷，这与单电子自旋量子位等价。 金刚石传感器可以感知并接收来自样品的微弱磁信号，通过激光和微波的操作，将接收到的细胞分子的磁信号转换为光信号，用光子探测器读取信号，与原子力显微镜组合成像。

杜江峰团队自制的纳米磁共振成像实验平台，搭载了细胞样本，能够准确地接近金刚石传感器。 为了方便金刚石传感器收集磁信号，细胞样本由悬臂梁引导，与原子力显微镜的扫描方法结合，金刚石传感器在空间上以纳米尺度的位移在整个细胞截面上移动，最终实现细胞内分子的成像。

该纳米磁共振成像实验平台被诊断的患者是人肝癌细胞株( hepg2)。 细胞内的铁蛋白分子含有铁离子，在室温下具有顺磁性，在纳米磁共振成像实验台可以用金刚石传感器检测。

为了正确检查恶作剧的铁离子，最好用原位将铁离子成像。 原位是指测量时不改变物质的原始条件，也不将物质与原系统隔离。

课题组用高压冷冻替代法瞬间冻结活细胞，用树脂类材料包裹后切片，将表面修整为纳米级平坦度。 这样可以保证蛋白质分子暴露在细胞截面上，但不改变蛋白质分子的原始条件，铁离子存在于现有系统中。

原子力显微镜就像一张体检床，搭载解决的细胞样本，在磁图像平台上制作扫描图像。 最终，在细胞内观测到了存在于细胞器中的铁蛋白，分辨率达到了10纳米。

此次研究成果为未来细胞原位蛋白质磁共振成像的实现奠定了良好的技术基础，为开展细胞原位分子尺度的磁共振波谱学研究奠定了可能。