神奇！把全身变透明，日本科学家开发迄今最强3D组织染色技术

▎药明康德内容团队编辑

克日，日本理化学研究所（RIKEN）的一支科研团队在《自然》子刊Nature Communications上详细先容了一项颇为神奇的新技术。科学家们首先让动物的全身或整个器官变得透明，然后使用优化的三维组织染色和成像方法，让特定类型的细胞或组织在透明身体中以前所未有的清晰度出现出来。

把整个器官、以致全身变得清晰透明，是近几年生长起来的一类组织清除（tissue clearing）技术。日本RIKEN生物系统动力学研究中心在这个领域做出了很大孝敬，由上田泰己教授和洲崎悦生教授向导的研究团队在2014年开发了名为CUBIC的组织清除技术。

不外，获得透明的器官组织还只是第一步。这支科研小组希望能够在三维组织中对特定的细胞类型染色和标志，然后让科学家们研究。然而，通常所用的染料或荧光标志抗体很难渗透3D组织。为了设计出理想的通用型免疫染色和标志方法，研究人员对生物组织的物理化学特性举行了详细分析。这让他们发现，透明化后的生物组织相当于一种主要由卵白质组成的电解质凝胶，在种种化学条件下体现出重复的膨胀和收缩。

▲在水、酸性、碱性、高盐、有机溶剂等差别化学条件下，小鼠的整个大脑发生膨胀和收缩（图片泉源：参考资料[1]）

接下来，基于凝胶组织的物理特性，研究团队构建了一个筛选系统，用人工凝胶来模拟生物组织，定量检测种种染色条件。最终，他们建设了一种理想的、通用的3D染色/成像方案，命名为CUBIC-HistoVIsion。

使用优化的CUBIC-HistoVIsion系统，配合可以在15分钟内拍摄约2000张显微图像的高速3D显微成像，研究团队对小鼠的整个大脑、狨猴的半个大脑和一平方厘米的人脑组织举行了染色和成像。此外，还用核染色剂对一只幼年狨猴举行了全身3D成像。

▲CUBIC Histo-VIsion染色实例，使用种种神经细胞的标志物，对小鼠大脑举行染色（图片泉源：参考资料[1]）

研究人员先容，这一系统可以用于许多目的，例如比力物种之间的全器官剖解特征。CUBIC-HistoVIsion展现，小鼠和狨猴大脑中，血管的总体漫衍模式很是相似，提示在进化上可能是守旧的。他们还发现，人类、小鼠和狨猴小脑中的胶质细胞漫衍有所差别。作者因此推测，差别物种小脑的结构差异可能是胶质细胞模式的差异所致。

▲把幼年狨猴全身变透明举行3D成像（图片泉源：参考资料[1]）

“我们研究开发的3D染色方法，逾越了已揭晓的典型染色方法，现在是世界上最有效的三维组织学方法。” 此次研究的主要作者洲崎悦生教授表现，“它还为组化方法的生长提供了一个范式转变，例如基于组织特性构建染色方案。这些效果将有助于我们在器官和全身规模内系统地分析生物的结构和功效，并提高3D临床病理学检查的诊断准确性和客观性。”

论文中陈诉，该系统现在可以很好地与约莫30种差别的抗体和核染色剂配合使用，适用于从大脑到肾功效的许多差别领域。研究作者希望未来继续增加适用的抗体和染色剂数量，从而应用于发育、癌症、炎症和感染病等更广泛的研究领域。

参考资料

[2] New staining technique visualizes whole organs and bodies. Retrieved Apr. 29, 2020, from https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/pr/2020/20200427_2/

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