可观测单细胞基因表达的超灵敏超声成像

2021年8月5日Nature Methods报道，美国加州理工学院的研究者开发了一种结合“声音报告基因”和超声成像观测基因表达的新技术，该技术能够检测单个细菌和哺乳动物细胞中的基因表达，该研究将极大地扩展超声波在细胞功能非侵入性成像中的潜在用途。

报告基因是一种专门的DNA片段，研究人员可以将其插入生物体的基因组，以帮助他们了解生物体的行为。例如常用的荧光蛋白报告基因插入到感兴趣基因旁边，用合适的光线照射这些细胞，它们就会亮起来，但荧光报告基因的缺陷是光不能穿透较厚的活组织。

研究者发明了用声音代替光的报告基因。声音报告基因被插入到细胞基因组中时，细胞就会产生微小的中空蛋白质结构（囊泡），当产生囊泡的细胞被超声波成像时，就会发出声音信号。该研究团队之前曾利用这项技术来显示细胞中酶的活性。

在最新的研究中，研究者通过改进，将灵敏度提高了1000多倍，可以对人体组织中单个细胞进行成像。先前的成像技术依赖于囊泡像被击打的铃铛一样发出声音，而新技术使用了更强的超声波，使囊泡像气球一样“破裂”，发出非常强烈的信号，即使是在超声波穿透组织所产生的背景噪音中。研究者对攻击癌细胞的工程菌株进行追踪，将这些细菌导入气囊基因，就可以追踪单个细菌细胞在被注入血液后进入和穿过肝脏的过程。

研究团队正在改进以开发更先进的成像技术，测试具有不同特性的新型囊泡，比如更容易破裂的囊泡、或更坚固的囊泡、或更小的囊泡可以进入以往无法进入的地方。另一方面研究者正在为开发的新技术找到更多应用场景。