CiteAb年度最震撼图像引领肿瘤研究未

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CiteAb对于科研工作者来说并不陌生,该机构为全球研究人员提供生命科学数据、技术和产品等方面的供应商信息。中立性和可信性为其赢得了来自全球科研人员的青睐。

年伊始,CiteAb增添了新的奖项——ImageoftheYear!首次授予并高度评价了AliErtürk研究组ChenchenPan等人利用光片显微成像技术首次呈现小鼠肺部单个癌细胞转移灶,并捕捉到单克隆抗体靶向药物有效结合转移灶的情境,为高分辨率发现肿瘤转移分布、观察靶向药物结合提供了重要的技术方法。该文献发表于年12月Cell并登上当期封面(Cell,Volume,Issue7)。该项研究所采用的DeepMACT组织透明技术及MiltenyiBiotec(LaVision)的UltraMicroscope光片显微镜图像采集技术再次得到瞩目。年又有两篇基于UltraMicroscope光片显微术获得突破性发现而分别登上Cell及Nature期刊。让我们来一探究竟!在生物医学相关研究领域,绘制人类组织器官的结构和功能图谱一直具有重大的意义;全球多国家科学家也起草了“人类大脑图谱”计划,以期获取人脑组织的完全信息。然而由于缺乏细胞层面获取人脑数据信息的技术,令解析人脑异常困难。尽管MRI可实现人器官的扫描,但该方法无法提供细胞水平、组织学层面的信息。组织胚胎学是传统用于人类器官分子及细胞学研究的手段,但仅适用于很小的人类组织样本(比如人脑组织切片仅包含1/10,,的全脑信息);况且切片后成像无法重建全脑3D数据信息,因为切片的过程带来了极其严重的物理形变和组织缺失。随着化学试剂和电场联合的组织透明技术开发,已经可以在3个半月内完成对5mm厚的小块人脑组织块透明化。该研究的突出之处在于开发了一种名为SHANEL的基于胶态微粒用于人器官高效透明和标记的技术,可实现包括人脑在内的人完整器官的透明和标记。研究的另一个重要器官是肾脏。了解人类肾脏的3D结构对于应用组织工程学知识进行3D打印人工肾脏,应用于临床无法获得配型成功、从而进行肾移植的病人具有重要意义(MurphyandAtala,)。

完整肾脏来自一位93岁的供者。(A)显示为PFA-固定后的肾脏;(B,C)显示使用SHANEL透明化后的肾脏呈现完全透明的状态,血管也清晰可见;(C)内显示的区域为(B)中部分区域的局部放大(D)显示为(C)图内肾皮质区域经过3D成像显示的血管和肾小球;(E,F)TRITC-dextran标记了几乎全部血管(玫红色),TO-PRO-3标记肾小球(绿色).高倍放大后的光片显微图像(E)和共聚焦图像(F)分别显示了入球小动脉(玫红色)和肾小球(绿色)的结构细节及基于图像数据的三维重建结构图。

针对脑血管的研究一直极具挑战性,主要在于脑血管从几个微米到几个厘米长度不等并形成错综复杂的网络结构,传统样本制备和成像方法无法做到完整脑血管网络的数据获取及分析。在这篇文献中,研究人员对透明化的成年小鼠全脑免疫标记后成像,第一次实现了对脑内超过百万的血管片段结构与功能的匹配;并在全脑的维度观察到先天性耳聋和缺血性脑卒中疾病动物模型中,血管重塑性扮演的重要角色。研究者在iDISCO+组织透明化的基础上衍生出专用于脑血管成像的方法并命名为TubeMap,在技术上攻克了血管重复计数、成像误差和标记中空管道网络结构等难点。避免重复计数——开发了WobblyStitcher图片接缝软件,在图像进行马赛克连接时,边缘更加精准匹配;血管图像重建——尽管信噪比足够高,但单色图像的弊端在于明亮和阴影假象以及信号强度范围广,都会干扰图像重建。多滤光片下分别成像后,巧妙追踪血管中空部中线并开发3D骨架算法、结合功能蛋白marker免疫标记,从而完成整个脑部血管网络空间分布、脑区投射及功能的匹配。(A)示意完整TubeMap工作流程。(B)每-μm间隔冠状和矢状图像分层,显示脑血的总体结构及区域性差异。嵌入小图为海马区细部。脑血管网络是具有极大重塑性的,特别是发生缺血性脑卒中、脑外伤、癫痫等急性伤害时;重塑的脑血管也会引起神经元功能的重塑。利用前述的成像及分析流程,研究者清晰地通过图像观察到:在缺血性脑卒中动物模型上,连接威利式环腹侧和背侧的分支血管消失;与此同时,与动脉背侧分支相连的血管却保留下来,暗示背侧血流灌注依旧保存:在先天性耳聋的模型动物(Otof敲除小鼠)中,虽然声波引起的神经元电活动消失,听觉皮层处血管分支密度有所减少,但躯体感觉皮层、视皮层区域的血管分支显著增多,这也与这些脑区的神经代偿功能相吻合。

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