11日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院苑克鑫教授團(tuán)隊(duì)全球首創(chuàng)的生物組織透明化處理方法登上國(guó)際期刊《細(xì)胞》雜志。該方法能將不透明的生物組織轉(zhuǎn)變?yōu)椤安ＡB(tài)”，便于顯微鏡等設(shè)備對(duì)組織內(nèi)部進(jìn)行高保真三維成像。
據(jù)介紹，生物組織的三維結(jié)構(gòu)承載著豐富的生物信息，但由于其不透明，研究人員通過(guò)二維切片獲取組織內(nèi)部信息，即將樣本切成幾十甚至上百層，再逐張拼接還原。
“這不僅耗時(shí)耗力，還會(huì)因物理切割造成組織變形或結(jié)構(gòu)斷裂，導(dǎo)致空間信息缺失和誤判。”苑克鑫說(shuō)，但現(xiàn)有透明化技術(shù)使用化學(xué)方法處理后，會(huì)導(dǎo)致組織出現(xiàn)明顯皺縮或泡發(fā)，無(wú)法呈現(xiàn)生命狀態(tài)下的組織原狀。
小鼠不同器官經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)透明化。
小鼠不同器官經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)透明化。
為了兼顧透明和無(wú)形變，團(tuán)隊(duì)開展跨學(xué)科研究，自主研制出高折射率的離子液體。“基于該離子液體，我們開發(fā)了整套VIVIT組織透明化處理技術(shù)，首次將不透光的生物組織在低溫下轉(zhuǎn)變?yōu)椤ＡB(tài)’。”苑克鑫告訴記者，玻璃態(tài)的樣本不會(huì)由于形成冰晶對(duì)組織造成機(jī)械性損傷，可在-80℃下長(zhǎng)期保存，隨用隨取。
論文中展示了嚙齒類、非人靈長(zhǎng)類和人類腦組織經(jīng)處理后，神經(jīng)突觸等亞細(xì)胞級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)在顯微鏡下均清晰可見。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，離子液體處理后的樣本經(jīng)熒光染料染色后，其信號(hào)強(qiáng)度可提升2到30倍。這些為跨尺度進(jìn)行三維數(shù)據(jù)獲取與空間重建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖為腦組織三維全景圖。
圖為腦組織三維全景圖。
基于該項(xiàng)全球首創(chuàng)的技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)單神經(jīng)元水平“輸入—輸出”的準(zhǔn)確鏈接，為深入解析腦功能的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制提供了新的機(jī)遇。結(jié)合團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的重建算法，VIVIT技術(shù)還可構(gòu)建從亞細(xì)胞到全器官的三維圖譜，精準(zhǔn)再現(xiàn)包括細(xì)胞器、神經(jīng)突觸在內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和位置，為各種器官繪制納米級(jí)三維立體“畫像”。
（受訪團(tuán)隊(duì)供圖）
