通过DNA-PAINT成像实现哺乳动物细胞核中多种不同蛋白质的纳米级组织。图片来源：Mahipal Ganji实验室
印度科学研究院（IISc）团队突破性改进 DNA‑PAINT 技术，首次在癌细胞核内同时可视化12种生物分子，绘制细胞核精细结构图谱
印度科学研究院（IISc）——印度科学研究院（IISc）的一组研究人员近日在《Nature Communications》上发表了一项里程碑式研究，利用改进的 DNA‑Points Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography（DNA‑PAINT）显微技术，首次在单个癌细胞核内同时可视化12种关键生物分子，并实现了3–5 nm级别的超高分辨率成像，为细胞核结构的系统性解析提供了前所未有的“原子级”图谱。
细胞核内的多分子“同框”视角人体由数万亿个细胞组成，每个细胞内都聚集着数百万种蛋白质、核酸及其他重要分子。正如生物化学系副教授马希帕尔·甘吉（Mahipal Ganji）所说：
“构建能够在单个细胞中可视化多种生物分子的创新技术，是推动生物学研究边界的关键。”
传统的荧光成像只能一次性显示两到三种分子，无法全面描绘细胞内复杂网络。为此，研究团队改良了 DNA‑PAINT 技术——这是一种利用短链荧光 DNA 标签与细胞内特定目标短暂结合，并在激光照射下产生“闪烁”信号的超分辨率成像方法。
“目前，传统方法仅能捕捉三种分子。能够一次性观测更多分子将为细胞组织学的深入洞察打开新窗口。”
— Micky Anand（BC博士生，联合第一作者）
多目标标签化
研究团队成功设计出可同时识别12种目标的 DNA 标签组，五种标签具有更快、更持久的结合特性，使图像锐度显著提升，细节可解析至3–5 nm的尺度。
低能量激光与细胞安全
通过使用高亲和力标签，显著降低了成像所需的激光能量，从而减少了 DNA 标签与细胞的光损伤。
显著加速成像流程
传统 DNA‑PAINT 在可视化单一分子时需耗时数小时，而改进后，9‑plex（九重）成像可在不到四小时内完成，极大提升实验效率。
揭示转录抑制下的分子重组
新技术让研究人员能够观察到当细胞转录过程被阻断时，核内蛋白质与其他分子如何重新排列，提供了疾病状态下分子动态变化的第一手资料。
“了解蛋白分布在病变细胞中的变化，可能为早期疾病检测打开新途径。”
— Abhinav Banerjee（BC博士毕业生，现为 Janelia 研究院（HHMI）博士后，联合第一作者）
“通过在纳米尺度精准定位多种生物分子，我们能够深入揭示它们之间的相互作用及在疾病中的改变。”
— 同上
此项研究不仅提供了细胞核结构的详细“地图”，更为未来在癌症、遗传疾病等领域的早期诊断与靶向治疗奠定了技术基础。研究团队计划进一步扩展到更多细胞类型，并结合单细胞组学，构建更完整的细胞内分子网络模型。
勇编撰自论文"High-speed multiplexed DNA-PAINT imaging of nuclear organization using an expanded sequence repertoire".Nature Communications.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
