科學家突破性發現：組織膨脹技術揭開細胞分子世界的神秘面紗

研究團隊開發出一項創新技術，將膨脹顯微鏡與質譜成像相結合，首次實現以單細胞解析度完整觀察組織中數百種生物分子的分佈。這項突破性進展將徹底改變我們對老化與疾病等生物過程的理解，且無需特殊裝置即可操作，為全球實驗室開啟嶄新研究大門。

對生物學家而言，「眼見為憑」是理解生命現象的關鍵，但實際操作卻困難重重。主要挑戰在於如何完整觀察組織樣本中各種分子的分佈，特別是精確定位脂質、蛋白質和代謝物等數百甚至數千種生物分子在自然環境中的位置。現有技術始終無法提供這種全面視角。

傳統顯微鏡技術雖能觀察細胞內部，但一次只能追蹤少數特定分子，且對某些脂質分子的檢測效果不佳。質譜分析雖能檢測廣泛分子，卻需破壞組織結構，無法保留分子的空間分佈資訊。質譜成像技術雖能同時觀察完整組織中的多種分子，但解析度不足以分辨單細胞層級的細節。

美國珍妮莉亞研究所資深研究員王萌的團隊專注於老化與長壽機制研究，亟需能觀察完整組織中多種分子變化的技術。她強調：「精確掌握每個位置的分子組成與相鄰細胞的關係，對任何生物學研究都至關重要。」

轉機來自與同研究所首席科學家Paul Tillberg的合作。Tillberg在麻省理工學院攻讀博士時共同發明的膨脹顯微鏡技術，利用可膨脹水凝膠材料將樣本均勻放大，使普通顯微鏡也能觀察亞細胞結構。研究團隊將此技術改良應用於質譜成像，成功解決空間解析度不足的問題。

新技術能逐步膨脹組織樣本而不破壞分子結構，讓研究人員得以在單細胞層級同時檢測數百種分子的原始位置。團隊應用此技術發現小腦各層具有獨特的脂質、代謝物和蛋白質特徵，推翻了過去認為分子均勻分佈的假設。此外，在腎臟、胰臟和腫瘤組織的實驗也證實技術的廣泛適用性，特別是在腫瘤組織中觀察到的分子變異，有助於理解腫瘤機制與藥物開發。

王萌表示：「當我們能看見這些生物分子，就能開始理解其分佈模式與功能的關聯。」她預期這項技術將幫助研究人員追蹤發育、老化和疾病過程中的分子變化。由於新方法無需改裝現有質譜裝置且操作簡便，團隊期待全球實驗室都能採用，並已公開詳細操作指南與應用於其他組織型別的路線圖。

這項名為「TEMI」的研究成果已發表於2025年4月的《自然方法》期刊，為生物醫學研究開闢全新途徑。