完整人体器官三维重现:近红外光片显微镜的应用案例
2021-04-21 来源: 点击次数:1898本文要点：作者介绍了一种叫SHANEL(小胶束介导的人体器官高效清除和标记)的方法来使完整的成人组织器官变得透明。同时，通过SHANEL清除与近红外光片显微镜的联用，使成像深度达到厘米级，从而进行3D组织学研究。作者在细胞分辨率上揭示了完整的人眼、人甲状腺、人肾和转基因猪胰腺等结构细节。
SHANEL是作者开发的一种通过形成小胶束，在大型哺乳动物器官中完全扩散并改善组织网，使生物组织完全透明的方法，用于进一步细胞和分子成像。作者首先实现了在1.5个月内使大小为12.0 * 7.3 * 5.0 cm的猪脑透明，清理后的猪脑大小为7.5 * 5.0 * 3.3 cm，体积缩小率为30%（图1A-C）。作者再将SHANEL清除法应用于INS-EGFP（胰岛β细胞特异性表达EGFP基因）转基因猪胰腺（图1D-F）。通过该方法可以很容易地评估胰岛内单细胞或细胞群的胰岛β细胞的三维分布，从而能够量化胰岛体积和显示胰岛的异质性（图1G-L）。
图1.成年猪脑和胰腺的Shanel清扫
(A)-(C) 成年猪脑和胰腺的Shanel清扫
(D)-(F) 成年猪胰腺的Shanel清扫
(G) 光片显微镜成像的B细胞胰岛的三维分布。
(H) 中标记的区域的高倍率视图。
(I) 中标记的标记的区域的高倍镜视图
(J和K) 胰岛内B细胞体积的节段性三维分布。
(J)中的标记区域在(K)中以高倍率显示。
(L) 对检测到的小岛总数进行量化，并按其体积进行分类。
图2.光片显微镜拍摄的人脑组织
(A-B) SHANEL清扫处理人脑。
(C-F) IBA1（绿色）标记和PI（洋红）标记。
小胶质细胞密度和形态的差异在整个灰质(G和H)和白质(I和J)都很明显。
图3.人肾的细胞学研究
(A-C) SHANEL清扫肾脏
(D) 用光片显微镜对(C)所示的肾皮质区域的血管和肾小球进行三维重建。
(E-F) 高倍率光片显微镜(E)和共聚焦显微镜(F)图像显示了
传入小动脉(洋红色)和肾小球(绿色)的结构细节。
(G) 3D重建的人体肾脏解剖和皮质剖面。
为了能够对完整的人体肾脏成像，作者使用了一台具有平台运动功能和大的样品容纳室(大小为25*9*7厘米)的光片显微镜(图4A-E)。我们对一位93岁捐献者的肾脏(11.*6.5*5厘米)进行了端到端扫描(图4F-I)。在780nm自荧光通道，作者观察到很大一部分肾皮质中的血管结构显著减少(图4J和4K)，这在dextran通道中也很明显(图4H)。切片的PAS染色，表明两侧的肾小球结构相似(图4L)。这些数据表明，作为老年人高血压相关变化的典型表现，血管病理可能先于肾小球病理影响到肾脏功能。通过该实验，作者证明了SHANEL技术和近红外光片显微镜的联用可以成为研究完整人体器官病理学的新工具，为了解器官在疾病中的进展提供有价值的信息。
图4.使用具有样本容纳拓展能力的超显微镜进行全肾脏成像
(A-E) 相机一览
(F-I) 用原型机对成人肾脏进行三维重建。
图中显示了780 nm处的自发荧光信号(F，青色)，
TO-PRO-3标记的肾小球和血管(G，品红)，
dextran标记的血管(H，绿色)，以及(F)-(H)在(I)中的合并视图。
参考文献：
Shan Zhao, et al. Cellular and Molecular Probing of Intact Human Organs[J]. Cell,2020
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