Nature Methods | HYBRiD：透明化大型生物样本兼容免疫荧光成像
图灵基因 图灵基因 2022-04-26 09:12
收录于合集#前沿分子生物学技术
Scripps研究中心的科学家们报告说，他们已经推出了一种新的组织透明化方法，可以使大型生物样本透明。研究人员表示，这种方法使科学家更容易可视化和研究跨多个器官系统发生的健康和疾病相关的生物过程。
该团队在《Nature Methods》上发表了一篇论文（“HYBRiD: hydrogel-reinforced DISCO for clearing mammalian bodies”），并将该方法命名为HYBRiD，它结合了组织透明化技术的两种主要现有方法的元素，在大样本应用中应该比这两种方法更实用、更具可扩展性，科学家们补充说。
“最近开发的基于溶剂和聚合物的大脑透明化技术提高了我们在三维可视化哺乳动物神经系统方面的能力。然而，对哺乳动物的身体进行整体成像仍然具有挑战性。在这里，我们通过重组基于有机物和聚合物的透明化流水线的组件，开发了HYBRiD(基于水凝胶的使器官透明化的三维成像溶剂DISCO)。”研究人员写道。
“我们在使哺乳动物身体实现高透明度的同时，实现了蛋白质的完好保留，可以兼容直接免疫荧光成像和免疫染色。使用小白蛋白和生长抑素Cre模型，我们在新生和幼年小鼠中证明了HYBRiD在没有抗体增强信号的情况下用于遗传编码荧光指示剂的全身成像的作用。使用K18-hACE2转基因小鼠，HYBRiD实现了整个小鼠胸部SARS-CoV-2感染的无灌注透明化和可视化，揭示了同一样本中病毒病理学的宏观和微观特征。”
“HYBRiD为基础研究和转化研究提供了一个简单而通用的解决方案，可以可视化各种不同的身体部位或整个动物。”
“这是一种简单而通用的组织透明化技术，适用于多个身体部位甚至整个动物的研究。”该研究的资深作者、Scripps研究所神经科学助理教授Li Ye博士说。
组织透明化包括使用溶剂去除使组织不透明的分子（例如脂肪），使组织在光学上透明，同时保持大多数蛋白质和结构不变。科学家们通常使用基因编码或抗体连接的荧光信标来标记实验动物中的活性基因或其他感兴趣的分子，原则上组织透明化允许这些信标在整个动物中一次成像。
科学家们大约在15年前开始开发组织透明化方法，主要是为了追踪整个大脑中的神经连接。Ye指出，虽然这些方法对大脑很有效，但当应用于其他身体部位或全身时，它们的效果就不那么好了，因为这些部位或整个身体都含有难以溶解的结构。
迄今为止，这些方法要么使用有机溶剂，要么使用水基溶剂。前者通常工作得更快、更有力，但往往会减弱荧光信号。使用水基溶剂的方法在保留荧光方面效果更好，但在使非脑组织透明化方面效果不佳。此外，这两种方法都需要复杂的程序，通常使用危险化学品。
“一个普通的实验室通常无法常规和大规模地使用这些方法。”该论文的共同第一作者、Ye实验室的研究生Yu Wang说。
Ye和他的团队设计的新方法使用有机溶剂和水基溶剂的组合，并利用水基水凝胶保护组织中需要保存的分子，它通常不需要通过样品泵输送溶剂。
“在很多情况下，你可以把整个东西放在一个罐子里，然后把它放在你工作台上，直到它完成为止。”共同第一作者、Ye实验室的研究助理Victoria Nudell说，“这使得它足够实用和可扩展，适合日常使用。”
研究人员展示了他们的新方法在各种应用中的实用性。其中包括与免疫学和微生物学副教授John Teijaro博士的实验室合作，首次对小鼠整个胸部的 SARS-CoV-2 感染细胞进行成像，这使其能够在严格限制设备使用的高级别生物安全设施中完成。
Ye和他的团队目前正在与他们的科学合作者合作，研究这种新方法的多种应用，包括追踪人体内的神经通路。
