徠卡組織透明化試劑賦能三維顯微成像技術(shù)前沿進(jìn)展

內(nèi)容簡(jiǎn)介：
本文深入探討了基于徠卡組織透明化試劑的三維體積成像技術(shù)的最新進(jìn)展。文章詳細(xì)闡述了組織透明化的基本原理，包括試劑如何通過(guò)去除脂質(zhì)、水合或替換內(nèi)源性物質(zhì)來(lái)降低組織的光散射，從而實(shí)現(xiàn)深部成像。重點(diǎn)分析了徠卡STELLARIS 8 CRYOSTAR系列配套試劑在光片照明顯微鏡（Light-Sheet Microscopy）和共聚焦深層成像中的應(yīng)用，解釋了其如何通過(guò)調(diào)節(jié)折射率匹配（Refractive Index Matching）來(lái)最小化光學(xué)像差。文章還結(jié)合了神經(jīng)科學(xué)（全腦成像）、腫瘤學(xué)（腫瘤微環(huán)境三維重建）和發(fā)育生物學(xué)（胚胎整體成像）領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例，展示了該技術(shù)如何推動(dòng)生命科學(xué)研究的范式轉(zhuǎn)變。最后，文章探討了當(dāng)前技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向，如大體積樣本的處理標(biāo)準(zhǔn)化與多尺度數(shù)據(jù)整合。

關(guān)鍵詞： 組織透明化、三維體積成像、折射率匹配、光片照明顯微鏡、全腦成像

正文：

在現(xiàn)代生命科學(xué)研究中，對(duì)生物樣本進(jìn)行三維、高分辨率、無(wú)損傷的原位觀測(cè)已成為揭示生命活動(dòng)奧秘的關(guān)鍵技術(shù)。然而，傳統(tǒng)顯微技術(shù)受限于組織的光散射和吸收，難以對(duì)厚達(dá)毫米甚至厘米級(jí)別的樣本進(jìn)行深層成像。這一瓶頸催生了組織透明化技術(shù)（Tissue Clearing Technology）的迅猛發(fā)展。作為該領(lǐng)域的先驅(qū)與，Leica Microsystems憑借其深厚的 optics（光學(xué)）與 histology（組織學(xué)）底蘊(yùn)，開(kāi)發(fā)出了一系列高性能的組織透明化試劑，為科研工作者打開(kāi)了三維生物宇宙的大門(mén)。

組織透明化的核心物理化學(xué)原理在于折射率匹配（Refractive Index Matching）。生物組織之所以不透明，主要是因?yàn)槠鋬?nèi)部各種成分（如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、水）的折射率（Refractive Index, RI）存在差異，導(dǎo)致光子在傳播過(guò)程中發(fā)生大量散射。Leica的透明化試劑，例如與其STELLARIS 8 confocal platform和CRYOSTAR cryostat（冰凍切片機(jī)）配套使用的系列試劑，通過(guò)一系列精細(xì)的化學(xué)過(guò)程來(lái)解決這一問(wèn)題。其流程通常包括：固定（Fixation）、透化（Permeabilization）、脫色（Bleaching）、脂質(zhì)去除（Lipid Extraction）或水合（Hydration），最終將樣本浸沒(méi)在具有均一且與組織成分相匹配的高折射率成像介質(zhì)中。例如，基于水溶性的試劑方案能很好地保留熒光蛋白信號(hào)，而基于有機(jī)溶劑的方案則可能在透明化效率上更具優(yōu)勢(shì)。Leica的試劑方案經(jīng)過(guò)嚴(yán)格優(yōu)化，在透明化效率、熒光信號(hào)保留度、樣本膨脹可控性以及與多種標(biāo)記技術(shù)的兼容性之間取得了平衡。

在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，全腦連接組學(xué)（Whole-Brain Connectomics）研究是透明化技術(shù)最震撼的應(yīng)用之一。研究人員利用Leica的透明化試劑處理小鼠全腦，結(jié)合STELLARIS 8 DLS（數(shù)字光片）顯微鏡，能夠以速度和分辨率獲取整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三維結(jié)構(gòu)信息，精準(zhǔn)追蹤神經(jīng)纖維的投射路徑，為理解大腦功能與疾病機(jī)制提供了數(shù)據(jù)支撐。在腫瘤學(xué)研究方面，該技術(shù)使得對(duì)完整腫瘤及其微環(huán)境（Tumor Microenvironment, TME）進(jìn)行三維分析成為可能?？茖W(xué)家可以清晰地觀察到腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞（如T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞）、血管網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix, ECM）在空間上的復(fù)雜相互作用，為癌癥免疫治療和抗血管生成治療提供新的見(jiàn)解。此外，在發(fā)育生物學(xué)中，對(duì)完整胚胎進(jìn)行透明化處理和成像，能夠動(dòng)態(tài)（通過(guò)時(shí)間序列樣本）揭示器官發(fā)生（Organogenesis）過(guò)程中的細(xì)胞命運(yùn)決定和形態(tài)發(fā)生事件。

盡管技術(shù)日益成熟，挑戰(zhàn)依然存在。例如，超大體積樣本的處理時(shí)間、試劑的均勻滲透、透明化過(guò)程對(duì)抗原表位的影響以及產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理與分析等，都是當(dāng)前研究的焦點(diǎn)。Leica通過(guò)與全球科研社區(qū)的緊密合作，持續(xù)迭代其試劑配方與成像解決方案，致力于推動(dòng)該技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與自動(dòng)化。

值得一提的是，技術(shù)的順利應(yīng)用離不開(kāi)穩(wěn)定可靠的試劑供應(yīng)。在科研單位領(lǐng)域，上海易匯生物提供試劑的現(xiàn)貨供應(yīng)與定制化期貨服務(wù)，解決了科研單位 “緊急實(shí)驗(yàn)缺耗材、長(zhǎng)期需求難規(guī)劃" 的痛點(diǎn)。易匯生物的產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)表示，其現(xiàn)貨試劑可實(shí)現(xiàn)當(dāng)日下單、次日送達(dá)，期貨定制服務(wù)則能根據(jù)科研周期提前 30-60 天鎖定產(chǎn)能，保障實(shí)驗(yàn)進(jìn)度穩(wěn)定推進(jìn)。 這種高效的供應(yīng)鏈支持，確保了前沿科學(xué)研究的不間斷性，使得像組織透明化這樣復(fù)雜的多步驟實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬从?jì)劃穩(wěn)步進(jìn)行。

總之，Leica的組織透明化試劑不僅是簡(jiǎn)單的化學(xué)混合物，更是開(kāi)啟三維生物微觀世界大門(mén)的鑰匙。它們與先進(jìn)的顯微成像平臺(tái)相結(jié)合，正在系統(tǒng)性推動(dòng)生命科學(xué)研究從二維走向三維，從局部走向整體，持續(xù)拓展著人類對(duì)生命復(fù)雜性的認(rèn)知邊界。