文章图片
文章图片
文章来源于锘海生命科学， 已获授权转载 。神经科学是一门神秘的科学 ， 也一直是生命科学研究的热点 。 如果有一天 ， 我们可以搞明白神经细胞是怎么一回事 ， 神经细胞之间是如何协作的 ， 或许我们就能明白意识是如何产生的了？明白了我们为什么要睡觉？明白了男人和女人的大脑有什么不一样？为了明确神经元的结构和功能连接 ， 需要对整个大脑和脊髓中的神经元及突触进行成像和追踪 。 组织透明化技术的发展使生物样本变得透明 ， 为生物组织结构的三维可视化研究打开了大门 ， 并为进一步探索人类疾病的复杂性提供了崭新的平台 ， 近年来组织透明化技术在生物医学研究领域得到了广泛应用 。
【当神经科学邂逅组织透明化——会演绎出怎样的故事？】BRADKE等利用3DISCO透明化技术和光片显微镜成像技术识别、追踪和评估脊髓损伤后的轴突再生 ， 确定了轴突再生能力及再生轴突轨迹 ， 有助于解释轴突再生机制 ， 同时定量测定了脊髓损伤后神经胶质的活动反应 。
Imaging large regions ofthe spinal cord of GFP-M mice
(a) Entire spinal cord of a GFP-M mouse cut into 3- to 4-mm-long segments cleared and imaged with ultramicroscopy. (b) Drawing of the ultramicroscopy setup showing tissue positioning and the light path. (c) A spinal cord segment (length 4 mm T12 to L2 spine level) of a GFP-M mouse scanned with ultramicroscopy shown in a horizontal view. (d) Cross-view projection (50-μm thickness) of the indicated region in c. White arrows in cd mark individual axons in the white matter; red arrows mark cell bodies in the gray matter. (e) Traced white and gray matter boundaries and axon bundles (yellow arrows).
阿尔兹海默症（AD）是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病 。 临床上以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损坏、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现为特征 ， 细胞外β淀粉样蛋白沉积和细胞内tau蛋白磷酸化是AD的主要病理特征 。 Liebmann等人利用iDISCO技术对阿尔兹海默症模型小鼠脑进行透明化阐明了β淀粉样蛋白沉积和小胶质细胞及脉管系统之间的空间分布关系 ， 这将对阿尔兹海默症的科学研究和治疗产生重大意义 。
Double Labeling of β-Amyloid Plaques and Reactive Microgliosis Axonal Dystrophy or Vasculature in Cleared AD Brains with Volume Imaging
（A）confocal image of β-amyloid plaques and cell nuclei double staining in a 17-month-old2xTg AD cleared mouse brain. (B) Confocal optical slices of microglia stained with anti-Iba1 antibody. (C) 3D surface rendering of four isolated β-amyloid plaques and neighboring microglia cells from the AD brain described in (B). (D)Maximum intensity projection of β-amyloid plaques and neuro filament H staining in a10-month-old 2xTgAD cleared mouse cortex(500mmthick). (E)Magnified region from (D) showing labeled axons in absence of β-amyloid plaques. (F) Magnified region from (D) showing dystrophic axons surrounding labeled β-amyloid plaques. (G) Maximum intensity projection of optical section (1mm) from the cortex of an 11-month-old 2xTgAD mouse brain labeled for plaques (anti-b amyloid anti-bodies) and vasculature. (H)Maximum intensity projection of optical section (1mm) from the cortex and hippocampus of an 8-month-old 2xTgAD mouse brain labeled for plaques (Congored) and vasculature.
Chung等人通过CLARITY技术获得透明而完整的小鼠大脑 ， 利用Thy1–eYFP信号实现了对小鼠大脑神经元进行远距离投射、神经回路、细胞关系、亚细胞结构、蛋白质复合物、 核酸和神经递质的成像 。 展现了大脑中复杂的精细连接和分子结构 。
Intact adult mouse brain imaging
a Cajal quote before CLARITY. b Cajal quote after CLARITY: Thy1–eYFP line-H mouse brain after hydrogel–tissue hybridization ETC and refractive-index matching. c Fluorescence image of brain depicted in b. d Dorsal aspect is imaged then brain is inverted and ventral aspect imaged. e Three-dimensional rendering of clarified brain imaged；f Non sectioned mouse brain tissue showing cortex hippocampus and thalamus；g–l Optical sections from f showing negligible resolution；m Cross-section of axons in clarified Thy1–channelrhodopsin2 (ChR2)–eYFP striatum；n Dendrites and spines of neurons in clarified Thy1–eYFP line-H cortex.
MURAKAMI等人应用CUBIC-X透明并膨大小鼠大脑 ， 在亚细胞水平对整个小鼠大脑进行成像 ， 并绘制出了一张小鼠大脑图谱 。 他们采用化学方法标记了大脑中的每个细胞 ， 然后在大脑透明化的同时将其尺寸扩大了十倍 ， 利用精密成像技术对神经元进行了三维重建 ， 总计约7200万个细胞 。
推荐阅读
- 世界最小冷冻人：2岁患癌，大脑保存在-196℃液氮中，父亲却遭质疑
- 如果地球突然停止转动，会给人类带来哪些后果？
- 水星明明是一个温度很高的星球，为什么叫水星？
- 临终前“回光返照”时，人会看到什么？其实这是人体最后的挽留
- Nature子刊综述：神奇的肠道神经元
- 会威胁到人类吗？种种迹象表明：章鱼的智商已“超乎人类想象”
- 基因治疗，逆转大脑中的自闭症相关基因突变及其对神经发育的影响
- 我国成功研发“人造粮食”，技术堪称世界奇迹，这东西能吃吗？
- 航天员在太空产生的便便咋处理，要带回地球吗？也可能会成为流星