夏天的池塘比冬天的池塘更能揭示鱼。生活在冰冷条件下的鱼可能仍然足以研究它的鳞片，但要了解鱼的游泳和行为方式，它需要在三个维度上自由移动。根据哈克分子生物物理学主席和宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授 Deb Kelly 领导的研究小组的说法，分析生物项目（如病毒）如何在人体内移动也是如此，他使用了先进的电子显微镜(EM) 技术，以了解人类病毒如何在接近原生的环境中以高分辨率移动中国化工网okmart.com。凯利说，可视化技术可以提高对候选疫苗和治疗方法在与靶细胞相互作用时的行为和功能的理解。

为了扩大科学家研究微观世界的工具，研究人员在电子显微镜中以接近原子的细节记录了人类病毒漂浮在液体中的 20 秒实时电影。使用传统静态成像方法获取相同程度的信息，在他们记录时立即可用，可能需要长达 24 小时才能获取。他们的方法和结果于 7 月 24 日在线发表在Advanced Materials 上。

“在动态系统中观察生物材料的挑战仍然存在，以反映它们在体内的真实表现，”同时负责宾夕法尼亚州立大学结构肿瘤学中心的凯利说。“我们的研究结果显示了包含在微量液体中的人类病毒的新结构和积极见解——与传播 SARS-CoV-2 的呼吸道飞沫大小相同。”

Kelly 表示，低温电子显微镜 (cryo-EM) 正在成为该领域以原子分辨率或超出原子分辨率观察样品的黄金标准。该技术涉及快速冷冻样品并通过它聚焦一束电子。电子和样品成分相互作用，由嵌入在仪器中的检测器捕获。可以处理数以千计的图像来计算物品在 3D 中的样子——但需要更多的图像来完全理解物品在更自然的环境中的功能。

“虽然冷冻电镜可以告诉我们很多信息，但它仍然会产生静态图像，”该论文的第一作者、哈克生命科学研究所生物信息学和基因组学研究生项目的学生 GM Jonaid 说。Jonaid 正在 Kelly 的实验室进行他的博士论文研究。“通过改进的芯片和显微镜上强大的直接检测器，我们可以积累大量电影帧来实时查看样本的行为。我们可以看到事物如何存在——而不仅仅是我们如何准备它们。”

研究人员使用腺相关病毒 (AAV) 作为模型系统来展示他们的方法。AAV 是一种生物纳米颗粒，可用于帮助将疫苗或治疗直接输送到细胞。该平台基于被劫持的腺病毒，可以轻松进入多种细胞。它与细胞相互作用的便利性使其成为运输其设计有效载荷的有用胶囊。

“AAV 是一种众所周知的基因治疗工具，目前的应用涉及 COVID-19 的药物输送和疫苗开发，”凯利说。“这个模型系统已经得到充分研究，因此我们可以使用它来验证我们的方法，目标是看到在人体中保持的液态生物权利。”

研究人员将含有 AAV 的微量液体溶液应用到由 Protochips Inc. 商业提供的专用氮化硅微芯片的孔中。然后他们将微芯片组件放入 EM 中以检查活动中的病毒。

“这些图像与冷冻 EM 数据非常相似，但准备工作不那么复杂，技术上也较少，”Jonaid 说。“一旦我们获得了快速拍摄的图像，就像电影的帧一样，我们就像处理任何其他高分辨率数据一样处理它们。”

凯利说，结果是 AAV 在液体中移动的视频，粒子表面发生了微妙的变化，这表明粒子的物理特性在探索其环境时会发生变化。分辨率接近三到四埃（单个原子被测量为一埃）。

一旦证明成像策略有效，研究人员就将目光投向了一个较小的目标：COVID-19 患者产生的抗体。

“我们看到了 COVID-19 患者血清中包含的抗体如何与剩余的 SARS-CoV-2 颗粒相互作用，”凯利说，并指出在评估疫苗候选者的可行性之前，观察这种相互作用的能力将特别有用。临床试验。

Kelly 和她的团队计划继续使用液相电镜研究 SARS-CoV-2 和宿主受体蛋白的分子基础，作为对冷冻电镜结果信息的补充。

“你真的需要来自这两种技术的数据来了解病毒在活体中的外观和行为，”凯利说。“可视化解决方案中的动态运动补充了高分辨率快照，以揭示更完整的信息。”

其他贡献者包括凯利实验室的研究人员 William Dearnaley 和 Michael Casasanta；Liam Kaylor，宾夕法尼亚州立大学分子、细胞和综合生物科学研究生项目的学生和 Kelly 实验室的研究助理；Samantha Berry，宾夕法尼亚州生物医学工程系研究生；宾夕法尼亚州立大学材料研究所研究员兼助理研究教授 Jennifer Gray；Madeline Dukes，Protochips Inc.；和迈克尔斯皮尔曼，Direct Electron LP。