科学家们找到了用声音“看到”单个细胞的方法

据外媒报道，如果你是一名研究人员，想看看一个生物体中的几个细胞是如何表现的，这不是一项简单的任务。人体包含大约37万亿个细胞。那么，你如何在所有这些中监测几个微小的细胞?

这项新技术利用了所谓的声学报告基因，Shapiro一直是该技术的先驱开发者。要了解声学报告基因，首先要知道报告基因是一个专门的DNA片段，研究人员可以将其插入生物体的基因组中，以帮助他们了解生物体正在做什么。从历史上看，报告基因是编码荧光蛋白的。例如，如果研究人员将这些报告基因中的一个“插入”到他们想要研究的基因旁边--例如，负责神经元发育的基因--这些神经元基因的激活也将产生荧光蛋白分子。当正确的光线照射在这些细胞上时，它们就会亮起来，有点像荧光笔可以标记书中的特定段落一样。

不过这些荧光报告基因有一个很大的缺点：光不能很好地穿透活体组织。

以前的成像技术依靠囊泡像被敲击的钟一样响起，而新技术使用更强的超声波，像气球一样"弹开"囊泡。Shapiro说：“在那一刻，囊泡产生了一个非常强烈的信号。然后囊泡破裂，停止产生信号。我们正在寻找那个小突起。”

这个小突起是如此清晰，以至于研究人员可以很容易地检测到它，甚至在超声波穿透组织产生的所有背景噪音中。Shapiro说，最近关于攻击癌细胞的可注射细菌的工程菌株，或"肿瘤归宿"细菌的工作，创造了对追踪这些细胞的更好方法的需求，以了解它们在身体的哪个部位。研究人员表明，当这些细菌也被设计为携带气囊基因时，就有可能追踪单个细菌细胞，因为它们在被注入血液后进入并穿过了肝脏。

Sawyer说，如果研究人员想用超声波来研究肠道微生物组的组成，这种敏感度是必要的，因为肠道微生物组一旦被破坏，会影响阿尔茨海默病和自闭症等疾病。

他说：“你的肠道里有这么多种类的细菌，而且有些细菌非常罕见，你需要足够敏感的东西来观察身体深处的少数细菌。”

弹出细胞内的囊泡会伤害细胞吗?Sawyer说：“简短的答案是否定的，长的答案是在大多数实际情况下也是否定的。在某些情况下，非常小的、拥有非常多的这些气体小泡的单个细菌细胞会受到伤害，但是如果其中几个细菌变得不那么有活力，这对细菌群体并没有什么影响。而在哺乳动物细胞中，我们没有看到负面的影响。”

Shapiro和Sawyer正在为他们的研究追求两条道路。一条道路是在研究人员已经开发的基础上，创造更先进的成像技术。这将涉及工程和测试具有不同性质的新型囊泡，如更容易弹出的囊泡，或更坚固的囊泡，或更小的囊泡，可以适合较大的囊泡不能进入的地方。另一条道路是为他们开发的技术寻找实际应用。

"在光学显微镜领域，有这种光学探针和显微镜方法的共同发展，如双光子显微镜和光片显微镜[两者都是荧光显微镜的类型]，"Shapiro说。"Daniel 的论文是这些成像技术的超声类似物发展的一部分。"

描述他们研究的论文——《超敏感的超声成像与信号解混的基因表达》，与8月6日发表在 《自然方法》 杂志上。共同作者包括化学工程专业的访问学者Avinoam Bar Zion;Arash Farhadi;生物工程专业的研究生Shirin Shivaei;化学工程专业的研究生Bill Ling;以及前加州理工学院的Audrey Lee-Gosselin。