Nature Methods報(bào)道： 活體組織透明化：在不破壞生物活性的前提下看透深層大腦

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基本信息

Title:Isotonic and minimally invasive optical clearing media for live cell imaging ex vivo and in vivo

發(fā)表時(shí)間：2026-03-12

發(fā)表期刊:Nature methods

影響因子：32.1

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研究背景與GAP

哺乳動(dòng)物組織由于折射率不均勻?qū)е碌膰?yán)重光散射而呈現(xiàn)不透明狀態(tài) 。傳統(tǒng)的組織透明化技術(shù)通常涉及去除脂質(zhì)并匹配折射率，這些方法雖已廣泛應(yīng)用于固定（死亡）組織的熒光成像，但由于對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞性，始終無法直接應(yīng)用于活體組織 。盡管此前有研究嘗試對(duì)活體動(dòng)物的皮膚和顱骨進(jìn)行透明化處理，但所使用的溶液往往具有毒性或高滲性，嚴(yán)重干擾了正常的生理功能 。為了在生理?xiàng)l件下實(shí)現(xiàn)更深層的活體成像，作者探索了一種通過調(diào)節(jié)胞外液折射率來最小化散射的新范式 。本研究旨在開發(fā)一種等張且微創(chuàng)的光學(xué)透明化介質(zhì)，試圖在不影響神經(jīng)元功能的前提下，探測(cè)深層腦區(qū)中精細(xì)的亞細(xì)胞變量與動(dòng)態(tài)過程 。

核心發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)一：通過牛血清白蛋白（BSA）實(shí)現(xiàn)生理等張的折射率匹配

研究者發(fā)現(xiàn)，活體哺乳動(dòng)物細(xì)胞在胞外介質(zhì)折射率調(diào)整至約1.365時(shí)透明度最高，這表明匹配細(xì)胞質(zhì)與胞外液的折射率是減少散射的關(guān)鍵 。在篩選了多種高分子化學(xué)物質(zhì)后，研究發(fā)現(xiàn)牛血清白蛋白（BSA）在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)折射率的同時(shí)，具有最低的滲透壓增加和極低的毒性 。這種名為SeeDB-Live的介質(zhì)能夠從皮層表面有效滲透至腦組織內(nèi)部 。

Fig. 1 | Optical clearing of the mouse cerebral cortex in vivo.

Figure 1a展示了在麻醉小鼠上通過開顱手術(shù)暴露大腦皮層，并使用SeeDB-Live進(jìn)行灌注的實(shí)驗(yàn)流程 。Figure 1b對(duì)比了處理前后的成像效果，清晰顯示出在處理1小時(shí)后，皮層透明度顯著提高，使得成像深度相較于對(duì)照組大幅延伸 。圖1c與1d的對(duì)比定量證明了SeeDB-Live的效能。在495微米的深度下，對(duì)照組圖像模糊且亮度微弱（c），而SeeDB-Live處理組（d）不僅背景噪聲降低，且右側(cè)放大圖明確顯示了樹突上微小的神經(jīng)元突起，這為研究活體突觸可塑性提供了高保真的視覺證據(jù) 。

發(fā)現(xiàn)二：SeeDB-Live 可以維持神經(jīng)系統(tǒng)生理功能與行為學(xué)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性

SeeDB-Live 在提升成像質(zhì)量的同時(shí)，極好地保留了生物學(xué)完整性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，神經(jīng)元的電生理特性在離體條件下受影響極小，活體視覺皮層的感覺反應(yīng)在處理后也保持不變 。

此外，通過可拆卸的光學(xué)窗口，研究者實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的跨慢性成像，且未觀察到明顯的毒性或行為異常 。該技術(shù)還成功兼容了功能性鈣成像和電壓成像，能夠捕捉亞細(xì)胞尺度的快速電壓動(dòng)力學(xué)過程。

省流總結(jié)

Kyushu University團(tuán)隊(duì)研發(fā)出等張微創(chuàng)的光學(xué)透明化介質(zhì)SeeDB-Live 。該技術(shù)利用牛血清白蛋白匹配胞外液與胞質(zhì)折射率至1.365，在維持神經(jīng)生理活性的同時(shí)顯著降低光散射 。該方法成功將活體皮層深層信號(hào)提升3倍，實(shí)現(xiàn)了樹突棘精細(xì)結(jié)構(gòu)及鈣與電壓動(dòng)力學(xué)的長(zhǎng)時(shí)程觀測(cè) 。這標(biāo)志著活體深層腦組織成像進(jìn)入亞細(xì)胞時(shí)代，為解析復(fù)雜神經(jīng)環(huán)路提供了高保真技術(shù)手段

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