11月13日，中國科學院國家納米科學中心陳春英團隊在《自然-實驗手冊》（Nature Protocols）上，發(fā)表了題為In situ label-free X-ray imaging for visualizing the localization of nanomedicines and subcellular architecture in intact single cells的原創(chuàng)性方法學研究論文。

探究納米藥物的細胞內(nèi)行為以及受納米材料-生物相互作用影響的亞細胞結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化，是研究納米藥物的生物活性和安全性評價的重要內(nèi)容。解析納米藥物-細胞互作的基本原理和機制，對于準確把握納米藥物的生物學效應(yīng)具有重要意義，為高效低毒納米藥物的精確設(shè)計和臨床轉(zhuǎn)化提供指導(dǎo)和支持。生物微環(huán)境和細胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及胞內(nèi)納米藥物化學形態(tài)的動態(tài)變化等，對納米尺度下單細胞的原位無標記分析帶來了挑戰(zhàn)。

同步輻射X射線具有亮度高、高準直性好、波譜連續(xù)等特點，同時，穿透能力強，無需標記樣品即可產(chǎn)生吸收、熒光、散射和衍射等信號。基于同步輻射的X射線分析技術(shù)具有高分辨、高靈敏、元素特異、定量分析、樣品制備簡單等優(yōu)點，可在分子、細胞和組織水平實現(xiàn)對納米藥物在自然或準自然生物體系中的行為和命運的原位研究，提供納米藥物的空間分布、體積、數(shù)量、密度甚至價態(tài)信息以及細胞或組織的形態(tài)與數(shù)量變化。

陳春英課題組率先建立了基于同步輻射大科學裝置的創(chuàng)新分析方法，突破了復(fù)雜生物體系納米材料的原位、無標記分析技術(shù)瓶頸，形成了納米材料在分子-界面-細胞-組織-活體跨尺度生物分析的研究新范式。課題組在定量解析納米-生物界面大分子（蛋白質(zhì)、磷脂等）相互作用、定性表征納米材料在單細胞內(nèi)三維空間分布、細胞器相互作用及生物體內(nèi)的化學行為方面，取得了一系列創(chuàng)新成果。這些先進方法為納米生物效應(yīng)與納米醫(yī)學研究，提供了關(guān)鍵的分析手段，推動了納米生物醫(yī)學的發(fā)展。

該研究系統(tǒng)總結(jié)了課題組過去多年來建立的同步輻射軟、硬X射線成像技術(shù)用于單細胞結(jié)構(gòu)和納米藥物的無標記原位成像方法（圖a）。該方法可以在納米分辨率下直接可視化二維或三維細胞內(nèi)分布，無需標記便可分析納米藥物的原位化學轉(zhuǎn)化。這一方法描述了分析單細胞亞結(jié)構(gòu)和納米藥物的技術(shù)細節(jié)和優(yōu)化的實驗工作流程，包括細胞樣品制備、數(shù)據(jù)采集和分析三個關(guān)鍵步驟（圖b）。以幾種模型生物納米材料為例，該方法提供了單細胞納米藥物原位分析實用的指導(dǎo)原則。該方案可由具備基本生物學和化學技能的研究人員在2~5天內(nèi)完成。

該技術(shù)方案為利用同步輻射X射線成像原位、無標記觀察亞細胞結(jié)構(gòu)和納米藥物的胞內(nèi)行為提供了系統(tǒng)的研究策略，對于指導(dǎo)科研人員選擇X射線成像方法、制備樣品和處理數(shù)據(jù)具有重要價值。該研究策略具有可擴展性，適用于闡釋納米-細胞互作的基本原理和機制，也是探究細胞成分改變、生物元素的動態(tài)平衡、金屬基材料藥理學和毒理學評價的有力工具，可應(yīng)用于諸多研究領(lǐng)域如化學測量學、細胞生物學、納米生物醫(yī)學和材料科學等。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、博士后創(chuàng)新人才支持計劃以及上海光源、北京光源和合肥光源等的支持。

論文鏈接

基于同步輻射軟、硬X射線成像技術(shù)用于無標記原位分析單細胞納米藥物和亞細胞結(jié)構(gòu)

來源：中科院