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Nat Commun:新型3D成像技术显示处整个器官和身体

来源:本站原创 2020-05-12 05:50

2020年5月12日讯 /生物谷BIOON /——" 日本理化研究所的一个研究小组在现有的组织清理技术的基础上,建立了一种优化的三维(3-D)组织染色和观察技术。这项研究发表在Nature Communications杂志上,详细介绍了这项新技术如何被用于给老鼠大脑、人类大脑和整个狨猴身体的组织染色和细胞标记。这项技术将允许在细胞水平上对物种进行详细的解剖分析和全器官比较。

组织清理允许使用光学显微镜对器官进行三维观察。2014年,日本理研生物系统动力学研究中心(BDR)的Etsuo Susaki和Hiroki Ueda领导的一个研究团队开发了一种名为CUBIC的三维组织清理技术,它可以通过使组织透明,在单细胞水平上成像整个身体。

图片来源:RIKEN

虽然组织清理可以产生奇异的图像,但它本身并没有太多的科学价值。为了使组织清理变得有意义,科学家需要能够对特定的组织和细胞类型进行染色和标记,然后才能进行研究。这需要一份可以与广泛的染色剂和抗体一起工作的系统。虽然已经尝试了几种类型的3-D染色和标记方法,但没有一种是万能的。

意识到他们需要更好地了解身体组织,BDR的团队和他们的同事进行了详细的物理和化学分析。他们发现生物组织可以被定义为一种电解质凝胶。

基于他们发现的组织特性,他们构建了一个筛选系统,使用可以模拟生物组织的人造凝胶来检测一系列条件。通过分析人造凝胶的立方染色和抗体标记,他们能够建立一种微调的、通用的3-D染色/成像方法,他们称之为CUBIC-HistoVIsion。利用这个经过优化的系统和高速三维显微成像技术,他们成功地对一只老鼠的整个大脑、半只狨猴的大脑和一平方厘米的人类脑组织进行了染色和成像。幼年狨猴的全身三维成像也很成功。该系统在大约30种不同的抗体和核染色剂下工作良好,这使得它对从研究大脑到研究肾脏功能的许多不同领域的科学家都很有用。

该系统可用于多种用途,其中之一是比较物种之间的全器官解剖特征。CUBIC-HistoVIsion显示,小鼠和狨猴大脑中血管的整体分布模式非常相似,因此很可能在进化上得以保存。与此同时,他们发现人类、老鼠和狨猴大脑小脑中的胶质细胞分布有所不同。作者推测,这些神经胶质模式的差异可能导致物种之间众所周知的小脑结构差异。

Susaki说:"我们研究中开发的3D染色方法的性能超过了目前发表的典型染色方法,是目前世界上最好的方法。它还为组织化学方法的发展提供了一个范式转变,比如根据组织特性构建染色方案。"这些结果将有助于在器官和有机体尺度上理解生物系统,并有助于提高三维临床病理检查的诊断准确性和客观性。(生物谷Bioon.com)

参考资料:


Etsuo A. Susaki et al. Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15906-5
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