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Science 杂志的“十大突破”之一透明化技术 I 帮您解锁器官三维成像

发布日期:2020/3/23 11:12:27

生物组织的三维特性使得生命科学的研究,如脑部神经投射、血管分布以及肿瘤微环境等,都需基于3D空间信息而进行;但由于不透明大组织对光的散射和吸收,想要对大组织3D成像是个很大的挑战。


组织透明化技术就是把组织内各细胞成分变成折射系数一致或近乎一致,使组织透明,减少对光的散射和吸收。


Susaki,E.A.& Ueda,H.R. Cell Chemical Biology (2016)



常见的组织透明化方法

1、疏水透明化方法(油性透明化方法)

Ueda,H.R.et al. Nature Reviews Neuroscience volume(2020)


3DISCO、iDISCO、uDISCO、 vDISCO, etc.

优点:速度快、组织硬、易于操作。

缺点:刺激性强、组织收缩、荧光易淬灭。



2、亲水透明化方法(水性透明化方法)

Ueda,H.R.et al. Nature Reviews Neuroscience volume(2020)



Scale、SeeDB、CUBIC、CUBIC-X, etc.


优点:生物相容性好、操作安全。

缺点:组织膨大、速度慢。



3、水凝胶包埋透明化方法

Ueda,H.R.et al. Nature Reviews Neuroscience volume(2020)



CLARITY、PACT、SWITCH、MAP,etc.


优点:DNA/RNA/荧光基团保护性好、可兼容多轮荧光染色标记。

缺点:组织膨大、速度慢、需要设备。



CLARITY在2013年曾入选Science杂志的“十大突破”之一技术,它的巧妙之处在于其用水凝胶的方法原位固定了整个组织,然后用电泳除去脂质,让大脑变得“透明”进而实现三维成像,此技术改变了研究者看待和研究大脑这个错综复杂器官的方式。



formaldehyde (red)hydrogel monomers (blue)

Chung, K. et al. Nature volume (2013)


Chung, K. et al. Nature volume (2013)





SHIELD透明化方法


麻省理工Dr.Kwanghun Chung(CLARITY方法的第一作者)课题组一直尝试对CLARITY方法进行改进,2018年Dr.Chung课题组又添新方法SHIELD。

SHIELD几乎是从源头上对CLARITY进行了改进,作者从蛋白质构象保护出发,从上百种化学试剂中筛选出了P3PE,摒弃了丙烯酰胺凝胶包埋的步骤,固定完的样品无需包埋,可直接进行SDS透明化。



SHIELD优势主要体现在以下几个方面:


1、SHIELD在组织荧光保护、RNA结构保护、以及降低自发荧光等方面表现出非常优异的性能。


Park, Y.G. et al. Nature Biotechnology volume (2019)



2、SHIELD保护组织结构免受物理和化学压力,保留了荧光信号形态和强度。


Park, Y.G. et al. Nature Biotechnology volume (2019)



3、SHIELD维持了组织的机械强度。

Park, Y.G. et al. Nature Biotechnology volume (2019)




基于SHIELD透明化方法广泛的应用价值,Dr.Chung课题组已逐步将该成果在LifeCanvas Technologies公司实现商业化(由锘海生物独家代理),它主要由2部分组成:


1、SHIELD固定剂



2、SHIELD透明化仪器Smartclear Pro II




快速均匀组织透明化:




Smartclear Pro II 适用于全脑、肾、心、肺、肠、肝、脾、卵巢、睾丸、肿瘤等多种组织器官的透明化。




      组织智能免疫染色-SMARTLABEL(由锘海生物独家代理)


大组织经过透明化后,运用SMARTLABEL组织智能免疫染色仪,可快速均匀抗体标记,完整展示组织3D特性。




锘海生物科学仪器(上海)股份有限公司提供从完整组织固定、透明化、组织免疫荧光染色、大组织高分辨3D显微成像到大数据分析一体化服务,目前服务客户遍布各大高校和科研院所,购买Smartclear Pro II/SMARTLABEL/LS18光片显微镜的客户单位有清华大学、复旦大学、西湖大学、华东理工大学、昆明医科大学、大连干细胞与精准医学创新研究中心等。



我们旨在通过精准、快速、多样化的一体化研发服务为每一位生命科学工作者提供个体化/定制化解决方案。




参考文献:

1. Susaki,E.A.& Ueda,H.R. Whole-body and Whole-Organ Clearing and Imaging Techniques with Single-Cell Resolution: Toward Organism-Level Systems Biology in Mammals. Cell Chemical Biology 23,137-157(2016).

2.  Ueda,H.R.et al. Tissue clearing and its applications in neuroscience. Nature Reviews Neuroscience 21,61–79(2020).

3.  Chung, K. et al. Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature 497, 332–337(2013).

4. Park, Y.G. et al. Protection of tissue physicochemical properties using polyfunctional crosslinkers. Nature Biotechnology 37, 73–83(2018).



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