人体内的细胞都被一层名为糖萼的糖膜包裹着。它帮助细胞彼此交流，并与免疫系统进行通信。这一过程能够对抗病毒，但在某些情况下也会使癌症扩散。此前没有任何成像工具能够详细显示糖萼中约1纳米大小的微小糖分子。7月28日发表于《自然-纳米技术》的一篇论文中，研究人员揭示了排列在人类微小血管壁上的活细胞表面的糖分子。他们找到了一种方法，使用现有的光学显微镜就能以仅0.9纳米的分辨率对这些糖分子进行成像，而这种分辨率一度被认为是光学显微镜无法达到的。

英国伦敦大学学院化学家Sabrina Simoncelli表示，这是首次在细胞内实现亚纳米级光学分辨率成像，这些成果“具有开创性”。

“我刚开始读博士时，人们能得到的单糖分子最佳分辨率图像还是模糊的。”论文作者之一、德国马克斯·普朗克光凯发k8研究所的生物物理学家Karim Almahayni 说，“接下来，我们要去了解细胞表面的这些糖分子在健康和患病期间会如何变化。我们想通过‘看脸’来判断一个细胞。”

光学显微镜通常会使小于200纳米的结构变得模糊。尽管超分辨率成像工具已经实现了10~20纳米的分辨率，但仍没有达到区分糖萼中相距不到10纳米的单糖分子所需的精度。同时，糖分子很难被可见标记物所标记，因此无法在显微镜下显现出来。“它们不能进行遗传改造，也没有抗体可以靶向它们。”Simoncelli 解释道。

为了应对这些挑战，Almahayni和同事结合了两种获诺贝尔奖的技术，一种是超分辨率荧光显微镜技术，另一种则是点击化学技术。他们利用一种化学标签，将锚定的DNA链与目标糖分子连接起来，随后添加了带有荧光标记的匹配DNA链，使每个糖分子上的标签反复闪烁。研究人员借鉴天文学家在模糊望远镜图像中追踪恒星的方法，运用统计算法精确定位每次闪光的中心，并以极高的精度计算糖分子在细胞表面的位置。最终，他们能够区分相距仅0.9纳米的糖分子，这个距离比许多蛋白质的直径还要小。

“这是我们第一次能够看到细胞表面的糖分子，并获取空间分布信息。”Almahayni 说，“这开辟了许多新路径，因为未来我们可以同时标记蛋白质和糖分子，从而研究它们在健康和患病期间是如何变化的。”

“这篇论文确实引入了一种新方法。”Simoncelli 表示，该方法可用于研究蛋白质等其他细胞成分。

相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41565-025-01966-5