第四屆“創(chuàng)意光電”科普大賽參賽作品展示（11）：光學(xué)成像的得力助手——組織光透明

光學(xué)成像的得力助手——組織光透明

參賽者：李鑫琳

生物光學(xué)成像，顧名思義，是利用光學(xué)顯微鏡來獲取生物組織的微觀結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞分布運(yùn)動(dòng)的成像手段。隨著生物分子標(biāo)記技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，光學(xué)成像在揭示生命活動(dòng)的相關(guān)研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，其成像速度快、分辨率高，不足的是成像的深度受到一定限制。組織光透明方法的問世，一定程度上解決了這一困惑。

一、什么是組織光透明

組織光透明技術(shù)（tissue clearing）是利用化學(xué)或物理的原理和方法對(duì)大塊組織或完整器官甚至活體動(dòng)物進(jìn)行透明化處理的技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)通過光學(xué)儀器直接對(duì)組織或器官內(nèi)的神經(jīng)、血管、細(xì)胞等結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和研究。光透明技術(shù)方法及所用試劑種類繁多，目前可以將其歸類為脂溶性光透明技術(shù)、水溶性試劑透明技術(shù)和水凝膠包埋透明技術(shù)。

肝葉的光透明（左：脫脂脫色后；右：折射率（RI）

小鼠肝臟組織光透明3D成像

（圖源自Shimpei I. Kubota et al. Cell reports.2017）

二、為何稱其為光學(xué)成像得力助手

傳統(tǒng)的組織光學(xué)成像是對(duì)冰凍或石蠟包埋的組織樣本進(jìn)行物理切片。幾微米厚的薄組織切片可以表征單個(gè)細(xì)胞，但是卻消除了生物材料的三維性。通過組織光透明和體積成像描述完整的樣本，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)樣本的綜合評(píng)估，可以繪制組織內(nèi)標(biāo)記信號(hào)的空間關(guān)系和結(jié)構(gòu)特征。

除外，組織中像蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和血紅素這些物質(zhì)對(duì)于光的透過并不友好。組織光透明技術(shù)就是使用物理和化學(xué)手段將這些物質(zhì)除去，同時(shí)將組織浸泡在折射率匹配的高滲透高折射率的試劑中，減少對(duì)光的吸收和散射，實(shí)現(xiàn)厚組織和完整組織的特殊完整成像需求。而肝臟組織由于其獨(dú)特的致密性，其透化效果也因此會(huì)受到一定程度的限制，但目前已經(jīng)開發(fā)出多種優(yōu)化方法對(duì)其進(jìn)行光透明操作。

組織光透明的一般操作步驟

三、組織光透明的分類

目前，這項(xiàng)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究已被廣泛應(yīng)用，例如發(fā)育生物學(xué)、腫瘤和活細(xì)胞的行為研究，而在致密肝臟等組織的成像研究中，也逐漸發(fā)展出透化時(shí)間更短、效果更好的方法。

四、組織光透明的局限性

組織光透明作為一種組織光學(xué)成像的樣本處理方法，目前已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)研究中日益受到關(guān)注，但就肝臟光透明成像而言，其目前也僅能實(shí)現(xiàn)一片肝葉的三維成像，想要通過光透明實(shí)現(xiàn)完整肝臟組織的三維成像，是目前仍需解決的問題。