我們對細胞中的納米結構與驅動細胞代謝的數千種蛋白之間的關係的理解主要來自於生物化學、分子生物學和電子顯微鏡的綜合研究，因此在這種關係的細節上具有推測性。關聯性超分辨率熒光電子顯微鏡(correlative super-resolution fluorescence and electron microscopy)有望通過在全局性的細胞超微結構的背景下直接可視化觀察特定蛋白在納米尺度下的關係來闡明這些細節。然而，迄今為止，這種關聯性成像涉及在超微結構保存、成像靈敏度、分辨率和/或視野方麵的妥協。

在一項新的研究中，來自美國多個研究機構的研究人員開發出一種管線：(i)將熒光標記的體外培養的哺乳動物細胞保存在玻璃冰中;(ii)通過多色三維結構照明(multicolor three-dimensional structured illumination, 3D SIM)和單分子定位顯微鏡(single-molecule localization microscopy, SMLM)對所選的細胞在10K以下的分辨率下進行整體成像;(iii)通過三維聚焦離子束掃描電子顯微鏡(3D focused ion beam scanning electron microscopy, FIB-SEM)在4納米或8納米的各向同性分辨率下對相同細胞進行成像;(iv)記錄所有圖像體積至納米級精度。這種管線可確保精確的超微結構保存，允許對超分辨率和電子顯微鏡成像方法進行獨立優化，並提供有關特定亞細胞成分如何隨細胞體積變化的全麵視圖。相關研究結果發表在2020年1月17日的Science期刊上，論文標題為“Correlative three-dimensional super-resolution and block-face electron microscopy of whole vitreously frozen cells”。

我們研究的幾乎每個係統都顯示出出乎意料的結果：作為內質網標誌物的核內囊泡呈陽性;過氧化物酶體的形態隨尺寸的增加而越來越不規則;內溶酶體小室具有異常多樣且錯綜複雜的形態;小腦顆粒神經元之間存在網狀粘附網絡;異染色質和常染色質可通過電子顯微鏡觀察到的典型結構域，每個結構域可通過轉錄活性標誌物的存在與否加以區分。兩色低溫SMLM(cryo-SMLM)使得全細胞圖像配準的精度可達40 nm左右。Cryo-SIM即使具有較低的分辨率，也可以對形態相似的囊泡進行獨特的區分，並有助於在擁擠的細胞內環境中以FIB-SEM分辨率對複雜的三維結構進行分割。

由此可見，這項新研究開發的管道可更好地了解在空間上區室化的細胞中取得的生物化學發現。這種方法還仔細地保留了天然超微結構，因而能夠對蛋白-超微結構關係的自然變異性進行全細胞或細胞間研究。