对生物学家来说，眼见为实。但有时生物学家很难看到。

一个特别棘手的挑战是同时观察完整组织样本中的所有分子，精确到单个细胞的水平。检测数百或数千种生物分子（从脂质到代谢物到蛋白质）在其天然环境中的位置，使研究人员能够更好地了解它们的功能和相互作用。不幸的是，科学家们没有很好的工具来完成这项任务。

成像方法，包括大多数类型的显微镜，提供了细胞内分子的视图。但它们一次只能追踪少数分子，而且不能检测所有类型的生物分子，包括一些脂质。其他方法，如常规质谱法，可以检测到数百种分子，但不适用于完整的样品，因此研究人员无法看到生物分子的取向。

一项很有前途的技术——质谱成像——克服了其中的一些挑战。它允许研究人员一次看到完整组织中的数百个分子。然而，它没有足够高的分辨率来进行单细胞水平的检测。

这就是高级组长Meng Wang所面临的问题。Wang和她的团队研究衰老和长寿背后的基本机制，他们想在完整的组织中检测许多不同的生物分子，以了解这些成分是如何随着组织衰老而变化的。

Meng Wang说：“知道在每个特定的位置有什么分子，以及在邻近的细胞中有什么分子，对任何一种生物学问题都是非常重要的。”

幸运的是，Meng Wang的实验室就在Paul Tillberg的附近。Tillberg在麻省理工学院读研究生时参与发明了一种叫做膨胀显微镜的技术。该方法使用一种可膨胀的水凝胶材料，使样品在各个方向均匀地膨胀，直到用传统显微镜可以检测到亚细胞器结构等细节。

现在已经有10年的历史了，这种扩展方法正被应用到传统显微镜之外的其他方法中。Wang， Tillberg和他们在威斯康星大学麦迪逊分校的合作者想看看他们是否可以利用膨胀来克服质谱成像的空间分辨率问题。

结果是一种新的方法，可以逐渐扩大组织样本，而不必在分子水平上降解它们，就像在最初的扩张过程中发生的那样。通过向各个方向扩展完整的样品，研究人员可以使用质谱成像同时在单细胞水平上检测其原生位置的数百个分子。

Tillberg说：“这让你在分子空间中有一个无目标的观察，我们正试图使它更接近显微镜在空间分辨率方面所能做的事情。”

研究小组利用这项新技术描绘了小脑不同层中小分子的特定空间模式。他们发现这些分子——包括脂质、多肽、蛋白质、代谢物和聚糖——并不像之前认为的那样均匀分布。此外，他们发现小脑的每个特定层都有自己的脂质、代谢物和蛋白质特征。

该团队还能够检测肾脏、胰腺和肿瘤组织中的生物分子，证明该方法可以适用于许多不同的组织类型。在肿瘤组织中，他们能够可视化生物分子的巨大变化，这可能有助于理解肿瘤的分子机制，并可能有助于药物开发。

Wang说：“当你看到这些生物分子时，你就可以开始理解为什么它们有这样的模式，以及这与功能有什么关系。”她认为，这项新技术将使研究人员能够在发育、衰老和疾病期间追踪这些模式，以了解不同的分子是如何参与这些过程的。

由于新方法不需要在现有的质谱成像系统上增加硬件，而且扩展技术相对容易学习，研究小组希望它能被世界各地的许多实验室使用。他们还希望这项新技术将使质谱成像成为生物学家更有用的工具，并对新方法进行了详细描述，并制定了将其应用于其他组织类型的路线图。

“我们想开发一种不需要专门的仪器或程序，但可以广泛采用的东西”。

TEMI: tissue-expansion mass-spectrometry imaging