组织透明化？显微成像的未来！

今天介绍一个很厉害的技术，这项技术可能会改变传统的科研方式，为生命科学研究领域注入活力。

这项技术就是生物组织透明化！

初次看到这项技术时，让人耳目一新。因为它改变了传统的二维平面研究模式，带来的三维研究模式让我们能够更加直观的、整体的研究生命科学。可能有些小伙伴已经深度参与其中，但是今天的内容旨在让更多人了解。

2011年，最开始是由理研脑科学综合研究中心的宫胁敦史团队开发了一款试剂“Sca/e”。使用后，可以将福尔马林处理过的实验鼠胚胎和脑组织变得像果冻一样透明，重点是“Sca/e”完全没有影响组织的荧光信号。相关团队立刻开始进一步研究。

两年后，《Nature》杂志刊载了一篇轰动全世界的文章，《Structural and molecularinterrogation of intact biological systems》，CLARITY技术问世！

CLARITY是一种新的成像技术，可以将大脑组织透明化成果冻状。

同年，日本科学家Kwanghun Chung和Karl Deisseroth在《Nature Mmethods 》正式发表了文章《CLARITY for mapping the nervous system 》。在文章中，Kwanghun Chung和Karl Deisseroth还提供了完整无损的神经网络3D图像，包括脑组织中的回路及相关的分子连接。

（大脑回路及分子连接）

众所周知，由于内源性色素的存在和组织内部折射率的差异，生物组织通常是高度不透明的。

一直以来，研究组织的结构只能停留在二维平面上，由此而来的石蜡切片、冰冻切片、细胞爬片等无不是从二维水平揭示生理或病理结构的变化。但是，二维切片始终存在一些问题，即受到取材部位、切片数量、染色技术的影响。

对于一般的组织，如肝脏、肾脏、脾脏、肺脏等器官如果微小的病变可能并不容易发现，只有存在广泛的或者明显的占位性病变时才能在常规切片上被发现。

但是，对于心脏、大脑等特殊器官，微小的病变可能就会导致明显的体征，如心律失常、意识障碍等。常规的动物研究中，我们取材的位置、深度极有可能忽略这些微小的病变，可能出现动物异常体征，但是组织切片正常。这些问题极大的困惑着心脏/脑科学研究领域的专家们，也给临床前药物安全评价带来困扰。

尽管后来很多研究者们开始做连续切片观察或全切片半定量分析，希望尽可能地提高检测效能，但这些方法未能有效的解决上述疑惑。

组织透明技术的诞生，意味着我们可以不再局限于二维平面研究，特殊染色后我们能立体的观察病变发生的部位、范围，所以说这是一项开创性的研究。

重要的是，现在越来越多的新型治疗方式出现了，例如CAR-T、重组腺病毒、溶瘤病毒以及立体定向脑内注射等。为了观察这些新方法的治疗效果，我们非常必要更加细致的检测才能追踪它们的轨迹。同时，整体观察能够最大限度地发现这些生物制品类药物的脱靶效应或发现潜在的靶器官。

组织透明技术一开始的时候主要集中在脑组织，是为了更加清晰看到神经的结构，希望能够全面的分析神经疾病的发生。

（小鼠组织透明化后-外观）

在透明化技术的发展下，老套的荧光染色技术也随之焕发新的活力，我们不再局限2D，进军3D。

（2D荧光染色）

（3D荧光染色）

随着时间的推进，现在CLARITY已经逐步发展为一项可商用的科学技术，且能够透明化处理的组织也从软组织拓展至全身组织。可喜可贺！为国人骄傲！

2018年，赵瑚教授联合四川大学华西口腔学院在《Cell Research》上发表了《Tissue clearing of both hard and soft tissue organs with the PEGASOS method》，介绍了一种新型全组织透明化技术“PEGASOS”。

该方法首次实现了对动物软、硬组织同时透明化，同时在不破坏组织结构、不切片的情况下，让小鼠深部组织如神经、血管、标记蛋白等完整呈现。

另外，2019年，赵瑚教授在《Journal of Dental Research》上又发表了《Tissue Clearing and Its Application to Bone and Dental Tissues》, 文章写的很详细，也注明了哪些组织透明化化效果好，哪些还存在局限性。

感兴趣的小伙伴可以去检索这两篇文章拜读。

提到成像，就顺便提一下显微镜和相关的IT基建。因为这不是我的领域，所以也不便随意说道。

目前支持对透明化组织成像的显微镜包括双光子显微镜、共聚焦显微镜以及光片显微镜。尽管双光子和共聚焦确实可以用于成像，但是二者扫描的的速度实在太慢，无法在整体上快速扫描，对于一些体积小的组织可能基本适用。光片扫描显微镜扫描速度远高于前二者。

既然是要对组织进行断层扫描（类似CT），然后重建。必然涉及大量的图片信息需要存储、传输和数据分析。如何能高效的完成这些呢？

商用5G的普及必定能够带来一些改变。

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