Nature Methods发布新平台，实现冷冻电镜的自动化样本制备

　　

冷冻电镜（cryo-EM）能帮助科学家以前所未有的精细程度解析蛋白质的三维结构。不过，尽管冷冻电镜技术近年来取得了长足进步，但制备高质量的样本仍然是一项挑战。

欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员近日开发出一种名为EasyGrid的自动化平台，能够对冷冻电镜的样本制备流程进行简化和标准化。这项成果于6月23日发表在《Nature Methods》杂志上。

这种平台可自动制备高质量样本，适用于不同尺度的研究（从单个粒子到整个细胞），并能够适应多种技术，包括冷冻电镜、冷冻电子断层成像（cryo-ET）以及X射线纳米成像。

制备高质量玻璃化样本的主要限制在于样本制备过程需要手工操作，这不仅要求操作人员小心谨慎，而且在冰层厚度和冰层质量方面难以保证可重复性。

如果冰层不够薄或布满冰晶，电子束将无法穿透冰层或因衍射而偏离，导致样本无法用于后续成像。

此外，在使用冷冻电镜观察前，无法轻松对玻璃化样本进行预筛选和质量检查。这些限制导致实验可重复性差、实验周期长且成本高昂。

由Gergely Papp领导的研究团队开发出全自动的模块化平台EasyGrid，能够实现高通量的样本玻璃化处理。

与此同时，他们还开发出一款独特仪器EasyGrid Control，能够对利用EasyGrid或传统方法制备的样本进行自动筛选，以便在显微镜观察前检查其质量。

共同第一作者、欧洲分子生物学实验室的Victor Armijo解释说：“借助EasyGrid和EasyGrid Control，从载网上样到样本筛选的整个流程均可自主完成。这使得流程更具重复性，让我们能够更快地优化样本并评估其质量，从而将最优质的载网放入电镜中。”

值得注意的是，EasyGrid采用了与现有样本制备技术不同的样本分配和玻璃化方法。

该系统利用压力波使样本均匀分布在载网表面，能够可靠实现液层变薄，以满足单颗粒分析的需求。对于直接在样本托网表面培养的细胞，或通过自动移液器分配的悬浮细胞样本，该系统同样能够实现这一操作。

传统的制备方法通常需要将载网浸入液态乙烷中，但研究团队开发出一种基于乙烷喷射的玻璃化系统，该系统使用的是裸载网，即未安装在自动载网卡夹中。

“这极大地提高了冷却速率，使玻璃化能够深入细胞内部，包括细胞核，” Armijo谈道。因此，这种样本制备方法对于利用其他成像技术（如冷冻电子断层成像和X射线纳米成像）进行原位分析也很有优势。

基于EasyGrid平台，研究人员获得了多个大分子复合物的高分辨率结构图谱，包括酵母核糖体、INO80-核小体复合物以及细菌视紫红质KR2的五聚体等。他们还证明，与传统的浸入式冷冻法相比，EasyGrid显著改善了大型哺乳动物细胞的玻璃化效果。

目前，EasyGrid和EasyGrid Control原型机已移交至位于海德堡的EMBL成像中心（EMBL IC）。

EMBL成像中心电镜团队负责人Simone Mattei表示：“EasyGrid和EasyGrid Control代表了冷冻电镜技术的一项重大进步，这将极大地加速单颗粒分析和细胞冷冻电子断层成像的优化过程。”