超炫:人体器官首次全透明

活着就是好啊,科幻都成真了

活着就是好啊,科幻都成真了

这意味着什么呢?小到组织切片,大到完整的人体器官,都能在这种技术下变得完全透明化,科学家们能够将器官中的每一个细微之处,都在3D图像上精确到细胞水平,而且速度也比过去大幅提升了!

SHANEL技术的诞生,能够加速人类对人体器官的了解,甚至有望为传说中的3D打印人体器官铺路

是不是很科幻,很酷炫呢?下面奇点糕就来说说这项技术的原理吧。

想要毫无阻碍地从细胞层面观察人体器官,需要解决很多问题。有人可能会问,不是可以做组织切片,在显微镜下去看吗?那是不知道组织透明化(Tissue Clearing)有多费事。

过去想要让厚度超过1毫米的切片透明,都相当费时费力,直到近几年,才有一些新技术突破了厚度的瓶颈,但制备好一片厚度8毫米的人脑切片,就得需要10个月的时间[2]。

问题的关键是什么呢?是人体器官周围堆积的不可溶性胶原蛋白、脂褐素等物质,远远多于小鼠之类的动物,这严重阻碍了化学染料的穿透。连让器官透明化都难,就更别说实现分子标记、辅助成像了。

用本次论文第一作者Zhao Shan的话说,“我们必须彻底改变方法,从零开始寻找让人体器官透明的化学物质”。研究团队找到了一种简称CHAPS的组织清洗剂,它可以聚集成小胶束,快速穿透和清除器官周围致密的屏障。

此处图文无关

SHANEL的全称——小胶束介导的人体器官透明化和标记(small-micelle-mediated human organ efficient clearing and labeling),就是来自CHAPS形成的这个小胶束。

在猪脑等器官的实验证实了初步的效果后,接下来研究人员用人的大脑进行了CHAPS清洗剂的最终测试。

花费4个月的时间和约3200欧元的费用后,大脑第一次“见了光”,清晰、透光,3D图像的重建也变成了现实。

不过有了新技术,还要解决一系列的新问题,比如小分子荧光染色和抗体标记手段,过去用在毫米级组织切片上的东西,放到厚度厘米级的完整器官上,就得与时俱进,研究团队都做了相应的改进。

解决了标记和染色,接下来就是显微镜的问题,总不能把一整个大脑搬到现有的显微镜下观察吧?就算切成厘米级的切片,也超越了普通显微镜的能力。

研究团队找出了一种名叫原型光片显微镜(Prototype light-sheet microscope)的大家伙,它的容积可以直接放置经过CHAPS处理后的甲状腺、肾脏等整个器官。

一看就是看整个腰子,厉害吧

最后为了分析和处理SHANEL技术带来的庞大信息量,研究团队借助了深度学习算法,实现了在几小时内,完成对每部分脑切片(约1.5厘米厚)中,1000-2200万个脑细胞的分类和图像绘制。

费了这么多功夫,SHANEL技术当然也要派上大用场。研究团队在论文中举了一个例子,像是2型糖尿病当中,胰岛在细胞层面发生的微观改变,靠现有的手段还很难整体分析,但是SHANEL技术就可以完整绘图,清晰判断。

目前研究团队已经开始把这项技术,用于胰脏、心脏、肾脏等较大器官的3D图谱绘制,Ali Ertürk教授认为,只有在细胞层面把这些器官彻底了解,才能解决人工制造器官的问题,从而为3D生物打印器官用于器官移植铺路[3]。

未经允许不得转载:网络信息台 » 超炫:人体器官首次全透明

赞 (0) 打赏

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏