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科学家能让器官变透明,使你看清它的内部

  ​通过操纵光在器官组织中的折射,能使它变得透明。给内部结构上色就像在组织细胞间刷染料一样"简单"。一种新方法为成年人体器官的全三维成像奠定了基础。
  随着科学对人体器官生理学特别是对人脑的深入研究,我们越来越清楚地认识到,如果我们想了解这些器官的工作方式,那么在三维空间和微观细节中观察这些器官具有重要意义。
  当然,器官是固体的,观察它们的内部情况至少是个挑战。现在,一种刚刚发布的新系统"SHANEL"方法为此提供了一种实用解决方案,让我们得以一窥人类大脑和其他器官的内部,这相当令人震撼。
  把软组织变得透明
  SHANEL提到两个问题。第一个是透明度:你完全无法透视包裹在结构之外的软组织。
  有段段时间科学家们试图通过将大脑切片来对它进行探索。然而,将这些部分重新组合成3D模型可能要耗费数年,而最终的组合物可能会出现软组织切片过程带来的失真。
  在过去10年左右的时间里,科学家们一直在改进一种被称为"光学清洗"的工艺流程。它的目标不是去除所有隐藏着器官秘密的软组织,而是使其变得透明。
  是什么使软组织变得半透明,或者说不透明?是光的散射。软组织主要由水组成,周围是脂肪和蛋白质,所有这些物质都会不同程度地折射光线。例如,从折射率(RI)来看,水的RI值为1.33,蛋白质的RI值大于1.44,脂肪的RI值大于1.45。光线同时在这些成分周围反射,使软组织变得半透明。
  人们已经开发出各种光学清洗方法,用溶剂或水基方法清洗、修改或替换组织成分,使其RI值正常化,并"清洗"组织以备显微镜观察。
  SHANEL的研究人员说,尽管在清洗啮齿动物器官和人类胚胎方面取得了进展,但"成年人的人体器官应用这种方法特别有挑战性,因为在数十年的人体软组织中积累了稠密而结实的分子。"
  他们在声明中报告了这样一个案例:清洗一块8毫米厚的人类大脑切片需要10个月的时间,而清洗一块5毫米厚的人类纹状体标本则需要3.5个月的时间。清洗整个器官或更大的部分是不可能的。
  SHANEL主张"小胶束介导的人体器官高效清洗和标记"(我们马上会讲到标记)。它使用了一种新的小胶束——一种液体胶体中表面活性剂分子的清洁剂聚合体,它能渗透几厘米厚的哺乳动物器官并清洗它们。其关键成分是一种叫做CHAPS的两性离子洗涤剂。CHAPS不同寻常的化学成分包含了疏水和亲水两种表面结构,从而产生了比其他清洁剂更有效渗透组织的更小的胶束。
  分子水平的标记
  如前所述,SHANEL的最后一个字母代表"标记",这是另一个困扰科学家的问题,SHANEL为此提供了一个新的解决方案。
  虽然观察器官内部是这场战斗的主要部分,但另一项工作是开发一种标记分子结构的方法,以便将其与器官的其他成分区分开来。这通常是通过一种叫做"渗透"的方法来完成的,这种方法会在组织细胞之间偷偷使用染料之类的来标记目标对象。
  SHANEL更小的胶束极大地提高了科学家触及目标对象并使其在图像中被看得见的能力。
  这只是开始
  目前,SHANEL的发明者声称他们可以清洗"从1.5厘米厚到整个成年人体器官的人体标本",还说,"我们同时证明了这项技术也适用于其他大型哺乳动物器官,比如猪的大脑和胰腺。"
  他们希望未来能"为包括绘制人脑在内的整个成年人器官的细胞和分子图谱铺平道路"。
  我们猜你也会赞同他们已经在创造一些非常惊人的图像。
  本文编译自bigthink,作者:Robby Berman
  译者:Sail2008
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