随着技术驱动的工程和医疗保健能力不断提高，科学家和工程师正在开发新技术来推进健康的未来。其中一个领域是纳米医学，它探索利用纳米颗粒在体内输送药物，以对抗传染病或癌症。这些纳米药物在细胞、组织和器官中的评估通常是通过光学成像进行的，这可能具有有限的成像分辨率质量。需要新的成像技术来观察纳米颗粒在生物组织中的三维超微结构。

在俄克拉荷马大学斯蒂芬森生物医学工程学院助理教授Stefan Wilhelm博士的带领下，一组来自俄亥俄州立大学加洛格里工程学院、俄亥俄州立大学健康科学中心和耶鲁大学的研究人员最近在ACS Nano上发表了一篇文章，描述了他们开发的一种超分辨率成像平台技术，以提高对纳米颗粒如何在细胞内相互作用的理解。

Wilhelm说:“为了在生物样本中观察纳米药物，研究人员要么使用电子显微镜，它提供了出色的空间分辨率，但缺乏三维成像能力;要么使用光学显微镜，它可以实现出色的三维成像，但空间分辨率相对较低。我们证明了我们可以用类似电子显微镜的分辨率对生物样品进行三维成像。这种被称为超分辨率成像的技术，使我们能够看到单个细胞内的纳米药物。使用这种新的超分辨率成像方法，我们现在可以开始跟踪和监测细胞内的纳米颗粒，这是设计纳米药物更安全、更有效地到达细胞内某些区域的先决条件。”

研究人员应用了一种三维超分辨率成像技术，即膨胀显微镜，该技术将细胞嵌入可膨胀的水凝胶中。与纸尿裤中使用的吸水材料一样，水凝胶材料在接触水时会膨胀到原来尺寸的20倍。

Wilhelm说:“这种扩展使得使用传统光学显微镜可以以大约10纳米的横向分辨率成像细胞。我们将这种方法与细胞内金属纳米颗粒成像的方法相结合。我们的方法利用了金属纳米颗粒散射光的固有能力。我们使用散射光对细胞内的纳米颗粒进行成像和量化，而不需要任何额外的纳米颗粒标签。”

作者建议，他们的超分辨率成像平台技术可以用于改进更安全、更有效的纳米药物的工程，从而推动这些技术向临床的转化。

Vinit Sheth, Xuxin Chen, Evan M. Mettenbrink, Wen Yang, Meredith A. Jones, Ons M’Saad, Abigail G. Thomas, Rylee S. Newport, Emmy Francek, Lin Wang, Alex N. Frickenstein, Nathan D. Donahue, Alyssa Holden, Nathan F. Mjema, Dixy E. Green, Paul L. DeAngelis, Joerg Bewersdorf, Stefan Wilhelm. Quantifying Intracellular Nanoparticle Distributions with Three-Dimensional Super-Resolution Microscopy. ACS Nano, 2023; 17 (9): 8376