2 月 28 日訊,，還記得讓大家驚嘆不已的“看清全身所有癌癥轉(zhuǎn)移灶”嗎,？搞出這種震撼畫(huà)面的德國(guó)組織工程和再生醫(yī)學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì),，時(shí)隔兩個(gè)多月又放出了大招。
近年來(lái)生物學(xué)家已經(jīng)獲得了小鼠某些器官的完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖,，可是使用的方法不適用于人體器官,。因?yàn)槿祟?lèi)器官比小鼠器官生長(zhǎng)的年限長(zhǎng)得多，里面的膠原成分已經(jīng)長(zhǎng)了幾年甚至幾十年,，用于讓小鼠器官透明的藥劑不足以讓人類(lèi)器官變得透明,。
這項(xiàng)由德國(guó)亥姆霍茲研究中心協(xié)會(huì)（Helmholtz Association of German Research Centres）組織的研究，經(jīng)過(guò)多次嘗試,，終于找到一種名為 CHAPS 的藥劑,，先在人類(lèi)器官上打出很多洞，再用另一種藥液注入器官內(nèi)部,，把器官變成透明的結(jié)構(gòu),。這份研究使用的是死者的器官。
之后,，研究組還發(fā)明了一種能容納整個(gè)器官進(jìn)行掃描的激光掃描顯微鏡,，能掃描大如人體腎臟的器官。接下來(lái),，使用合作方德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technical University of Munich）提供的一套人工深度學(xué)習(xí)算法,，分析數(shù)億張三維細(xì)胞圖片。
研究人員表示,，這項(xiàng)技術(shù)很快將發(fā)展成掃描人體完整器官的主流技術(shù),，將顯著提升研究人員對(duì)大腦這樣器官的功能性健康和疾病的認(rèn)知。
人體器官細(xì)胞圖還是將來(lái)三維生物打印的重要基礎(chǔ),。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),，慕尼黑路德維希·馬克西米利安大學(xué)（Ludwig Maximilian University,，LMU）的埃爾圖克（Ali Ertürk）和同事正在從胰腺,、心臟和腎臟這些人體的主要器官著手制圖。
“幾十萬(wàn)人都面臨器官短缺的問(wèn)題,，”埃爾圖克說(shuō),，“等待時(shí)間和移植成本是大問(wèn)題。人體器官細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖為我們實(shí)現(xiàn)按需制造器官的目標(biāo)邁進(jìn)了重要的一步,?！?/p>
在最新一期的《細(xì)胞》上，Ali Ertürk 教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文,，介紹了一種名為 SHANEL 的全新技術(shù),，這種技術(shù)讓人類(lèi)第一次在細(xì)胞層面，對(duì)人體各種器官實(shí)現(xiàn)了快速,、完整的組織透明化！
這意味著什么呢？小到組織切片,，大到完整的人體器官,，都能在這種技術(shù)下變得完全透明化，科學(xué)家們能夠?qū)⑵鞴僦械拿恳粋€(gè)細(xì)微之處,，都在 3D 圖像上精確到細(xì)胞水平,，而且速度也比過(guò)去大幅提升了！
SHANEL 技術(shù)的誕生,，能夠加速人類(lèi)對(duì)人體器官的了解,，甚至有望為傳說(shuō)中的 3D 打印人體器官鋪路！
是不是很科幻,，很酷炫呢,？下面奇點(diǎn)糕就來(lái)說(shuō)說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)的原理吧。
想要毫無(wú)阻礙地從細(xì)胞層面觀(guān)察人體器官,，需要解決很多問(wèn)題,。有人可能會(huì)問(wèn)，不是可以做組織切片,，在顯微鏡下去看嗎,？那是不知道組織透明化（Tissue Clearing）有多費(fèi)事。
過(guò)去想要讓厚度超過(guò) 1 毫米的切片透明,，都相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,，直到近幾年，才有一些新技術(shù)突破了厚度的瓶頸,，但制備好一片厚度 8 毫米的人腦切片,，就得需要 10 個(gè)月的時(shí)間[2]。
問(wèn)題的關(guān)鍵是什么呢,？是人體器官周?chē)逊e的不可溶性膠原蛋白,、脂褐素等物質(zhì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于小鼠之類(lèi)的動(dòng)物,，這嚴(yán)重阻礙了化學(xué)染料的穿透,。連讓器官透明化都難，就更別說(shuō)實(shí)現(xiàn)分子標(biāo)記,、輔助成像了,。
用本次論文第一作者 Zhao Shan 的話(huà)說(shuō)，“我們必須徹底改變方法,，從零開(kāi)始尋找讓人體器官透明的化學(xué)物質(zhì)”,。研究團(tuán)隊(duì)找到了一種簡(jiǎn)稱(chēng) CHAPS 的組織清洗劑，它可以聚集成小膠束,，快速穿透和清除器官周?chē)旅艿钠琳稀?/p>
SHANEL 的全稱(chēng)——小膠束介導(dǎo)的人體器官透明化和標(biāo)記（small-micelle-mediated human organ efficient clearing and labeling）,，就是來(lái)自 CHAPS 形成的這個(gè)小膠束,。
在豬腦等器官的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了初步的效果后，接下來(lái)研究人員用人的大腦進(jìn)行了 CHAPS 清洗劑的最終測(cè)試,。
花費(fèi) 4 個(gè)月的時(shí)間和約 3200 歐元的費(fèi)用后,，大腦第一次“見(jiàn)了光”，清晰,、透光,，3D 圖像的重建也變成了現(xiàn)實(shí)。
不過(guò)有了新技術(shù),，還要解決一系列的新問(wèn)題,，比如小分子熒光染色和抗體標(biāo)記手段，過(guò)去用在毫米級(jí)組織切片上的東西,，放到厚度厘米級(jí)的完整器官上,，就得與時(shí)俱進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)都做了相應(yīng)的改進(jìn),。
解決了標(biāo)記和染色,，接下來(lái)就是顯微鏡的問(wèn)題，總不能把一整個(gè)大腦搬到現(xiàn)有的顯微鏡下觀(guān)察吧,？就算切成厘米級(jí)的切片,，也超越了普通顯微鏡的能力。
研究團(tuán)隊(duì)找出了一種名叫原型光片顯微鏡（Prototype light-sheet microscope）的大家伙,，它的容積可以直接放置經(jīng)過(guò) CHAPS 處理后的甲狀腺,、腎臟等整個(gè)器官。
最后為了分析和處理 SHANEL 技術(shù)帶來(lái)的龐大信息量,，研究團(tuán)隊(duì)借助了深度學(xué)習(xí)算法,，實(shí)現(xiàn)了在幾小時(shí)內(nèi)，完成對(duì)每部分腦切片（約 1.5 厘米厚）中,，1000-2200 萬(wàn)個(gè)腦細(xì)胞的分類(lèi)和圖像繪制,。
費(fèi)了這么多功夫，SHANEL 技術(shù)當(dāng)然也要派上大用場(chǎng),。研究團(tuán)隊(duì)在論文中舉了一個(gè)例子,，像是 2 型糖尿病當(dāng)中，胰島在細(xì)胞層面發(fā)生的微觀(guān)改變,，靠現(xiàn)有的手段還很難整體分析,，但是 SHANEL 技術(shù)就可以完整繪圖，清晰判斷,。
目前研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始把這項(xiàng)技術(shù),，用于胰臟、心臟,、腎臟等較大器官的 3D 圖譜繪制,，Ali Ertürk 教授認(rèn)為,，只有在細(xì)胞層面把這些器官?gòu)氐琢私猓拍芙鉀Q人工制造器官的問(wèn)題,，從而為 3D 生物打印器官用于器官移植鋪路[3],。