全球首創技術讓生物組織變為“玻璃態”

科技日報記者 張佳星

11日，清華大學生物醫學工程學院苑克鑫教授團隊全球首創的生物組織透明化處理方法登上國際期刊《細胞》雜誌。該方法能將不透明的生物組織轉變為“玻璃態”，便於顯微鏡等設備對組織內部進行高保真三維成像。

據介紹，生物組織的三維結構承載着豐富的生物信息，但由於其不透明，研究人員通過二維切片獲取組織內部信息，即將樣本切成幾十甚至上百層，再逐張拼接還原。

“這不僅耗時耗力，還會因物理切割造成組織變形或結構斷裂，導致空間信息缺失和誤判。”苑克鑫説，但現有透明化技術使用化學方法處理後，會導致組織出現明顯皺縮或泡發，無法呈現生命狀態下的組織原狀。

為了兼顧透明和無形變，團隊開展跨學科研究，自主研製出高折射率的離子液體。“基於該離子液體，我們開發了整套VIVIT組織透明化處理技術，首次將不透光的生物組織在低温下轉變為‘玻璃態’。”苑克鑫告訴記者，玻璃態的樣本不會由於形成冰晶對組織造成機械性損傷，可在-80℃下長期保存，隨用隨取。

論文中展示了齧齒類、非人靈長類和人類腦組織經處理後，神經突觸等亞細胞級精細結構在顯微鏡下均清晰可見。團隊還發現，離子液體處理後的樣本經熒光染料染色後，其信號強度可提升2到30倍。這些為跨尺度進行三維數據獲取與空間重建奠定了堅實基礎。

基於該項全球首創的技術，團隊在國際上首次實現單神經元水平“輸入—輸出”的準確鏈接，為深入解析腦功能的神經環路機制提供了新的機遇。結合團隊自主研發的重建算法，VIVIT技術還可構建從亞細胞到全器官的三維圖譜，精準再現包括細胞器、神經突觸在內的精細結構和位置，為各種器官繪製納米級三維立體“畫像”。

（受訪團隊供圖）