通常拍攝大腦等器官需要將它們切成薄剖面，這就會破壞掉細胞間的長距離連接。整體成像的方法能保持器官完整，但是通常與研究基因和其它事物的方法不匹配。這項新技術能讓科學家們以不同的尺度對完整的器官進行研究。

    一項發(fā)表于《自然》雜志的研究表明，腦組織切片研究的時代可能即將終結。一種新的成像技術CLARITY技術能使大腦透明，并提供完整無損的神經網絡3D圖像，包括精細回路和分子連接。

    這種方法是將細胞周圍的脂肪組織去除并且使它們變得透明，而且能保留組織結構。首先把器官浸泡到一種化學混合物中，并且輕微加熱使其形成一種網格保留住除 脂肪之外的所有部分。這就會使器官保持完整而且?guī)缀跬该?，足以透過它進行閱讀。隨后就能夠加入分子標記，對透明器官的特定部位進行著色。德賽羅斯和他的團 隊使用這項技術來拍攝一只成年老鼠的大腦影像。這項技術使他們能夠深入的觀察到神經連接和局部回路，以及細胞和分子水平的細節(jié)。
 

    科學家說CLARITY已經開啟了神經影像學檢查的新時代，這將在之前美國總統(tǒng)奧巴馬宣布的大腦圖譜計劃中發(fā)揮重要作用。負責制定大腦圖譜計劃實施路線圖工作小組的主席斯坦福大學神經生物學家William Newsome博士稱，CLARITY方法完全是令人震驚的。

    CLARITY是指清晰脂質交換丙烯酰胺雜交精細成像/免疫染色/原位雜交相容性組織水凝膠。該技術涉及化學工程與生物工程，由斯坦福大學Karl Deisseroth博士領導的團隊開發(fā)。Karl Deisseroth博士是一名生物工程學家和精神病學家，也是路線圖工作小組的成員。

    研究介紹

    研究人員通過CLARITY技術，在保持大腦完整性的同時，抽出了大腦中的不透明物質（脂類）。脂類在大腦中幫助形成細胞膜，并賦予大腦多種結構，不過也令化學物質和光線難以深入大腦。

    研究人員用一種水凝膠來替換大腦中的脂類，他們將死后的完整大腦浸入水凝膠溶液，讓溶液中的單體進入組織，然后對其稍微加熱。在差不多達到體溫時，上述單體開始凝聚為長分子鏈，在大腦中形成高分子網絡。這一網絡能夠支持大腦中的所有結構，但不會結合脂類。隨后，研究人員快速將脂類抽出，獲得了完整透明的3D大腦，大腦中的神經元、軸突、樹突、突觸、蛋白、核酸等等都完好的維持在原位。

    研究人員構建了表達熒光蛋白的小鼠，并用CLARITY成像了它的整個大腦。他們用傳統(tǒng)顯微鏡展示了其中的發(fā)光信息，例如蛋白嵌入細胞膜和單個神經纖維。又通過電鏡揭示了其中的精細結構，例如突觸。

    研究還顯示，在CLARITY處理的小鼠大腦中，熒光抗體能夠使其特異性結合的目標發(fā)光。在這一系統(tǒng)中，人們可以追溯神經環(huán)路，解析局部環(huán)路的細微差異，觀察細胞間的聯(lián)系和分析亞細胞結構。此外，人們還可以利用這一技術，探尋蛋白復合體、核酸和神經遞質之間的化學關聯(lián)。

    這項技術的另一個重要亮點在于，人們可以去除已染色的熒光抗體，并用其他抗體進行重新染色，以便在同一個大腦中研究不同的分子目標。研究顯示，這種染色/褪色過程可以重復多次。

    Deisseroth博士稱，"CLARITY技術使生物組織轉化成可在完好無損狀態(tài)下研究的形式。CLARITY提供的是一種不需分解組織的方式。這個過程有點類似于石化或化石化，但關鍵的是基本結構、形狀甚至是突觸水平的精細結構多保持在原位。"

    與機械切片方法不同，CLARITY可保留結構的連續(xù)性，可跟蹤遠處的神經突起，對追蹤到的神經元提供3D和局部形態(tài)學信息。聯(lián)合CLARITY和光學顯微鏡可以觀察和追蹤全腦組織中熒光標記的神經元和突起，然后通過電子顯微鏡探測和確定連接模式。

    斯坦福團隊將這項技術應用于小鼠全腦，能夠觀察從皮質外層到深層結構例如丘腦的神經元。他們可以追蹤神經元和神經回路，觀察蛋白復合物、核酸和神經遞質之間的關系。

    該小組還將該技術用于人類大腦標本，可看見并識別一個較大區(qū)域的神經元和突起。研究者稱，"一個自閉癥患者0.5mm厚的額葉組織塊，存儲在福爾馬林中> 6年，我們能夠采用神經絲蛋白和髓鞘堿性蛋白對神經元進行染色，并追蹤單個神經纖維。"

    Deisseroth博士說，CLARITY已經超越了科學家處理所生成數據的能力。他說，"將海量數據轉化為有用信息是一個巨大的計算挑戰(zhàn)，這是我們必須解決的。我們必須建立改良的計算方法以實現圖像分割、3-D圖像配準、自動跟蹤和圖像采集。"

    CLARITY除了用于大腦，在其它領域還大有用武之地，它可以適用于任何生物系統(tǒng)。Deisseroth博士說，"研究癌癥的人員已經與我們取得了聯(lián)系，想要將CLARITY技術用于活檢樣本，以了解人類癌癥不同階段細胞的確切體積或3D排布。這就是CLARITY自然應用的一個例子。"此外，研究其他組織如肺、肌肉或心臟正?；虍惓９δ芎蜕韺W，成熟組織發(fā)育和功能以及組織修復的學者已經開始使用CLARITY技術。Deisseroth博士補充說，"讓我們拭目以待CLARITY技術在其它生物學分支中的應用，這將是很有趣的。"

    編譯自：See-Through Brain a Boon to Brain Mapping Initiative.medscape.May 23, 2013