Nature Methods | HYBRiD：透明化大型生物樣本兼容免疫熒光成像

圖靈基因?圖靈基因?2022-04-26 09:12

收錄于合集#前沿分子生物學(xué)技術(shù)

Scripps研究中心的科學(xué)家們報告說，他們已經(jīng)推出了一種新的組織透明化方法，可以使大型生物樣本透明。研究人員表示，這種方法使科學(xué)家更容易可視化和研究跨多個器官系統(tǒng)發(fā)生的健康和疾病相關(guān)的生物過程。

該團(tuán)隊在《Nature Methods》上發(fā)表了一篇論文（“HYBRiD: hydrogel-reinforced DISCO for clearing mammalian bodies”），并將該方法命名為HYBRiD，它結(jié)合了組織透明化技術(shù)的兩種主要現(xiàn)有方法的元素，在大樣本應(yīng)用中應(yīng)該比這兩種方法更實用、更具可擴展性，科學(xué)家們補充說。

“最近開發(fā)的基于溶劑和聚合物的大腦透明化技術(shù)提高了我們在三維可視化哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)方面的能力。然而，對哺乳動物的身體進(jìn)行整體成像仍然具有挑戰(zhàn)性。在這里，我們通過重組基于有機物和聚合物的透明化流水線的組件，開發(fā)了HYBRiD(基于水凝膠的使器官透明化的三維成像溶劑DISCO)?！毖芯咳藛T寫道。

“我們在使哺乳動物身體實現(xiàn)高透明度的同時，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的完好保留，可以兼容直接免疫熒光成像和免疫染色。使用小白蛋白和生長抑素Cre模型，我們在新生和幼年小鼠中證明了HYBRiD在沒有抗體增強信號的情況下用于遺傳編碼熒光指示劑的全身成像的作用。使用K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠，HYBRiD實現(xiàn)了整個小鼠胸部SARS-CoV-2感染的無灌注透明化和可視化，揭示了同一樣本中病毒病理學(xué)的宏觀和微觀特征?！?/p>

“HYBRiD為基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化研究提供了一個簡單而通用的解決方案，可以可視化各種不同的身體部位或整個動物。”

“這是一種簡單而通用的組織透明化技術(shù)，適用于多個身體部位甚至整個動物的研究?！痹撗芯康馁Y深作者、Scripps研究所神經(jīng)科學(xué)助理教授Li Ye博士說。

組織透明化包括使用溶劑去除使組織不透明的分子（例如脂肪），使組織在光學(xué)上透明，同時保持大多數(shù)蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)不變?？茖W(xué)家們通常使用基因編碼或抗體連接的熒光信標(biāo)來標(biāo)記實驗動物中的活性基因或其他感興趣的分子，原則上組織透明化允許這些信標(biāo)在整個動物中一次成像。

科學(xué)家們大約在15年前開始開發(fā)組織透明化方法，主要是為了追蹤整個大腦中的神經(jīng)連接。Ye指出，雖然這些方法對大腦很有效，但當(dāng)應(yīng)用于其他身體部位或全身時，它們的效果就不那么好了，因為這些部位或整個身體都含有難以溶解的結(jié)構(gòu)。

迄今為止，這些方法要么使用有機溶劑，要么使用水基溶劑。前者通常工作得更快、更有力，但往往會減弱熒光信號。使用水基溶劑的方法在保留熒光方面效果更好，但在使非腦組織透明化方面效果不佳。此外，這兩種方法都需要復(fù)雜的程序，通常使用危險化學(xué)品。

“一個普通的實驗室通常無法常規(guī)和大規(guī)模地使用這些方法?！痹撜撐牡墓餐谝蛔髡?、Ye實驗室的研究生Yu Wang說。

Ye和他的團(tuán)隊設(shè)計的新方法使用有機溶劑和水基溶劑的組合，并利用水基水凝膠保護(hù)組織中需要保存的分子，它通常不需要通過樣品泵輸送溶劑。

“在很多情況下，你可以把整個東西放在一個罐子里，然后把它放在你工作臺上，直到它完成為止?！惫餐谝蛔髡摺e實驗室的研究助理Victoria Nudell說，“這使得它足夠?qū)嵱煤涂蓴U展，適合日常使用?！?/p>

研究人員展示了他們的新方法在各種應(yīng)用中的實用性。其中包括與免疫學(xué)和微生物學(xué)副教授John Teijaro博士的實驗室合作，首次對小鼠整個胸部的?SARS-CoV-2?感染細(xì)胞進(jìn)行成像，這使其能夠在嚴(yán)格限制設(shè)備使用的高級別生物安全設(shè)施中完成。

Ye和他的團(tuán)隊目前正在與他們的科學(xué)合作者合作，研究這種新方法的多種應(yīng)用，包括追蹤人體內(nèi)的神經(jīng)通路。