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今日《细胞》:眼见为实!科学家首次把完整人体器官变透明

学术经纬(ID:Global_Academia) 2020-02-14 16:42:00 阅读数:39 评论数:0 点赞数:0 收藏数:0

药明康德内容团队编辑  

顶尖学术期刊《细胞》今天在线发表的一项研究工作中,科学家们利用先进的技术手段,首次成功展现了透明的完整人体器官,为从细胞水平上窥探结构复杂的人体提供了前所未有的机会

带来这项研究成果的是德国亥姆霍兹慕尼黑中心组织工程与再生医学研究所(Institute for Tissue Engineering and Regenerative Medicine)、慕尼黑大学(Ludwig Maximilians University Munich)和慕尼黑工业大学(Technical University of Munich)的联合团队。

通讯作者 Ali Ertürk 教授此前带领团队开发了一种名为 vDISCO 的技术,可以把小鼠整个身体变得透明,让我们看清动物身体深处的细胞,甚至能发现其中转移的癌细胞。这种技术涉及用化学溶剂清除小鼠的组织,同时保留细胞结构,制成透明标本。然后,以染料标记的纳米抗体增强组织中的荧光信号。


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尽管在小鼠实验中取得了巨大进展,对于结构更复杂的人体器官,原有的组织清除技术却无法适用。这是因为,小鼠的器官组织相对轻薄柔软,而生长了数年乃至数十年的成年人体组织内,密集堆积着很多像胶原蛋白之类的不溶性分子,原先能清除小鼠组织的化学溶剂对人体器官不起作用。

我们不得不彻底改变我们的方法,从头开始寻找能够使人体器官透明的新化学物质。”这项研究的第一作者 Shan Zhao 博士说。功夫不负有心人,经过广泛的试验,研究小组发现一种被称为 CHAPS 的表面活性剂可以在坚固的人体器官上打出小孔,让抗体和染料得以渗进几厘米厚的器官内部进行分子标记。


利用 CHAPS 渗透坚固的人体组织,进行分子标记

借助这种方法,研究人员成功地把尸体解剖得到的成人大脑和肾脏变得透明。

不过,接下来还面临处理器官成像和分析大量数据的难题。为此,研究人员们开发了一种新型激光扫描显微镜,可以放置体积较大的样品,从而对完整的器官进行成像。

此外,研究小组开发了深度学习算法,能在几个小时内对大脑三维结构中的几百个细胞展开分析


利用新型激光扫描显微镜对人体肾脏进行成像

研究人员们把这套应用于人体器官透明化的新技术命名为 SHANEL(Small-micelle-mediated Human orgAN Efficient clearing and Labeling)。“在不久的将来,SHANEL 可以发展成为绘制完整人体器官的关键技术。这将极大加速我们对大脑等器官的认识,理解它们的发育,以及在健康和疾病中的作用。” Ertürk 教授说。


利用 SHANEL 技术得到的完整人脑可以透光

研究人员的最终目标是以生成的器官图为模板,用 3D 生物打印技术为有需要的患者打造个体化的人工器官,解决器官移植供体短缺的难题。Ertürk 教授说:“移植器官需要漫长的时间,移植费用也很高。我们希望在细胞结构层面详细了解人体器官,朝着按需生产有功能的人工器官迈进一步。”

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