同時他們還發現，借助顯微擴張技術，病理學家極大的提高了對微小病變腎�。∕CD）診斷的準確率（從 65% 增加到了 90%），以及經過深度學習后的 AI 對于早期乳腺癌的診斷的 AUC 值（從 0.71 提高到了 0.93）（AUC 越接近 1 診斷越完美，越接近 0.5 診斷越隨機）。這一發現發表在近日的《自然生物技術》雜志上（1）。

Boyden 教授對顯微擴張技術的介紹

這一技術有多牛呢？舉個例子，2014 年諾貝爾化學獎的三位得主的主要貢獻就是開發了超分辨熒光顯微鏡，成功將光學顯微鏡的分辨率帶入納米級。而相比于超分辨率熒光顯微鏡，Boyden 教授的顯微擴增技術操作更加簡單，并且更適用于臨床病理診斷。

早在 2015 年的時候，Boyden 教授就在《科學》雜志上發表了顯微擴張技術的具體方法（2）。利用這一技術，他們成功在普通光學顯微鏡下觀察到了小鼠神經突觸的細微結構，并且小鼠腦組織樣本在放大后的結構誤差僅 2% 左右。只不過當時的顯微擴張技術只適合科學研究，并不適合臨床病理使用。隨后，Boyden 教授便對其進行了一系列的優化。

2016 年的時候，Boyden 教授先后開發出了對樣本組織蛋白質進行免疫熒光標記的標準方法以及適合 RNA 熒光原位雜交的顯微擴張技術（3，4）。而今年 4 月份 Boyden 教授更是開發了重復顯微擴張技術，允許對樣本進行再次擴張（5）。

此次，Boyden 教授主要開發了一系列的臨床病理標本處理方法以及 DNA 熒光原位雜交的方法，并首次證明了用顯微擴張技術進行臨床病理檢測的可行性，成功的擴張了乳腺，前列腺，肺，結腸，肝，腎，卵巢，胰腺等多種器官的正常和癌癥組織切片。

其實 Boyden 教授的方法很簡單，但是也很容易被忽視。一般來說，要想提高顯微鏡的分辨率，正常人時間想到的肯定是在顯微鏡或者光源上做文章。而 Boyden 教授卻想到了一種截然不同的思路，他想通過對所觀察的樣本進行均勻的物理擴張來提高分辨率。

也就是說，在使用顯微鏡之前，先將樣本在空間上放大 100 倍。這樣不僅可以通過樣本自身在空間上的的擴張來提高分辨率。同時，當樣本擴張之后，樣本中大分子物質之間的間隙會被拉開，光的衍射作用就會減弱（光的衍射作用是限制光學顯微鏡分辨率*主要的原因），從而進一步提高了顯微鏡的分辨率。

加水后樣本隨著高分子聚合物擴張

這一技術聽起來也許很高大上，其實操作非常簡單。首先，由于臨床病理組織切片都是經過處理的，例如福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE），蘇木精和伊紅染色（H＆E），或者直接冷凍保存。所以，步需要利用 Boyden 教授所設計的一系列處理步驟（expansionmicroscopy.org 上有顯微擴張技術的所有操作方法），將各種臨床病理樣本轉化為*適宜擴張的狀態。

第二步，研究人員將合成嬰兒尿不濕中高分子聚合物的單體物質加入樣本中，隨后引發聚合反應，在樣本中蛋白質周圍形成大量的高分子聚合物，同時將樣本中的蛋白質錨定在高分子聚合物上。第三步，加入適量含蛋白酶 K 的溶液切斷組織細胞以及蛋白質之間連接，以便均勻擴張。*后加水，在蛋白質的推動下，組織細胞會隨著高分子材料均勻擴張，同時對目標蛋白質進行免疫熒光標記以便觀察（DNA，RNA 熒光原位雜交技術也可以使用）。

樣本中蛋白質隨著高分子材料擴張

隨后，為了驗證顯微擴張技術是否真的有助于臨床病理診斷。研究人員選擇了兩種臨床常見的并且具有挑戰性的疾病，微小病變腎�。∕CD）和早期乳腺癌，來驗證其效果。

首先是 MCD，長期以來，MCD 以及局灶性節段性腎小球硬化癥 （FSGS） 的診斷都需要借助電子顯微鏡（6）。因為，在 MCD 患者體內，本應該呈手指裝包裹在微血管周圍的腎臟足細胞，失去了自己的形態特征，而每個足突的大小在 200 納米左右，超過了傳統光學顯微鏡的分辨率極限，只能在電子顯微鏡下觀看。而當研究人員按顯微擴張技術的標準制作了正常人體腎臟組織切片后，他們成功的在光學顯微鏡下看到了足細胞的突起。同時，研究人員還對比了正常人體腎臟切片和 MCD 患者腎臟切片在顯微擴張技術下和電子顯微鏡下的照片。結果顯示，顯微擴張技術與電子顯微鏡所顯示的細胞結構是一致的。表明，在顯微擴張技術下，傳統光學顯微鏡也可以區分臨床病理組織樣本中納米級的區別。

此外，為了進一步確定，顯微擴張技術是否有助于病理學家進行 MCD 以及 FSGS 診斷，研究人員還請來了四位病理學家以及三位非病理學家，在經過培訓后，對從 3 位正常人，2 位 MCD 患者，1 位 FSGS 患者體內提取的 10 張沒有擴張的組織免疫染色顯微鏡照片以及 10 張擴張后的顯微鏡照片進行診斷。

結果研究人員發現，對于未擴張的照片，診斷的準確率只有 65.7%。然而對于擴張后的照片，診斷的準確率竟然高達 90%。不僅如此，對于擴張后的照片，大家的診斷更容易達成一致，而對于沒有擴張的照片，則很容易引起分歧。

正常人體腎臟組織，未擴張的樣本（左）分辨率顯著小于擴張后的樣本（右）（同一顯微鏡觀察）

這些試驗證明，顯微擴張技術的確是一種簡單，高效，準確的方法，有助于疾病的診斷。正如 Boyden 教授所說，“現在，你診斷腎臟疾病可以無需昂貴的電子顯微鏡，你只需要一個光學顯微鏡加上一些化學試劑就夠了（7）。”

同樣地，乳腺癌的病理檢測不僅在臨床上有廣泛的需求，而且早期乳腺病變的診斷也是乳腺病理診斷中*具挑戰性的問題。有研究顯示，不同病理學家對于早期乳腺病變細胞核異型性診斷只有 50% 的一致性（8）。而早期乳腺病變的診斷往往對于指導患者的臨床治療非常重要。

研究人員認為，病理學家對于早期乳腺病變的診斷之所以有很大的分歧，主要有兩個原因。首先，早期乳腺癌的診斷標準很大程度依賴病理學家的主觀定性判斷。其次傳統光學顯微鏡的分辨率是有限的，因此能提供的信息也是有限的。

所以，為了更好的進行乳腺癌的診斷，研究人員開發了新的計算機病理模型用于早期乳腺良性惡性病變的區分。在經過深度學習之后，研究人員使用這一模型來診斷早期乳腺癌。結果，研究人員發現，在進行擴張后的樣本中，計算機診斷的 AUC 值達到了 0.93，而未擴張的樣本機器識別的 AUC 值只有 0.71（AUC 越接近 1 診斷越完美，越接近 0.5 診斷越隨機）。

總的來說，顯微擴張技術不僅操作簡單，而且還大大增加了臨床診斷的準確性。準確的診斷不僅讓患者更加安心，也使醫生能對病人做出更優的治療方案。所以，顯微擴張技術無疑具有廣闊的臨床應用前景。當然，這一技術的大規模推廣還需要更大規模的臨床實驗來驗證。