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电子断层成像技术构建的线粒体的全新结构，向传统教科书上的观点发起挑战。传统观点认为线粒体内膜向内突出形成冠状的嵴，而断层成像显示为内膜向内突起形成管腔结构。迄今为止，电子断层成像技术已广泛应用到快速冷冻（plung-freezing）的样品研究中去。自从快速冷冻和制作较厚的冷冻切片成为常规技术以来，快速冷冻法已已运用到800nm厚的样品上。分离的线粒体常以500-1000nm的大小出现，这就允许使用快速冷冻方法制备样品由于冷冻电镜的优越性，有望将断层成像技术应用到高压冷冻的组织上来。

冷冻电子断层成像技术对于观察处于细胞内天然状态的生物大分子复合物的三维空间状态有着独特的优势。该方法是基于对保存在玻璃样冰中的处于天然状态的细胞经过不同的倾斜角度进行电子显微成像，再将这些电子显微像进行三维重构。5-8nm的分辨率图像已经获得，并且分辨率还在不断提高。既然许多细胞内的生命活动都是由在20-50nm范围内的复合物来执行，那么目前的分辨率足够获得他们的断层图像。然而，其他成分产生的噪音信号和细胞内各成分的密度叠加使解释工作变得困难。最近断层图像数据可以在真核细胞外进行采集，断层成像技术已开始揭示真核细胞在天然状态下其内部结构的分子水平分辨率的三维结构。这些观察代表了几年来在自动数据采集，图像重构和低温保存技术进步的一个巅峰。

Baumeister小组报道了将冷冻电子断层成像技术第一次因应用到完整的体外真核细胞上的结果。该研究描述了Dictyostelium discoideum.粘菌的离散细胞特点。Dictyostelium细胞的冷冻电子断层图像描述了核糖体、蛋白酶proteasomes，和通过肌动蛋白相关蛋白在空间上将肌动蛋白纤维连接而形成的网络结构。