五年前,薇薇安娜·格拉迪纳鲁在神经生物学实验室里切片小鼠大脑薄片,缓慢地汇编二维切片的图像,用于三维计算机渲染。在业余时间,她会去看“人体世界”展览。她对展出的“塑化”人体循环系统遗骸特别着迷。她突然想到,她在实验室里做的许多工作都可以用类似的过程更有效地完成。
“组织透明化”技术已经存在一个多世纪了,但现有的方法包括将组织样本浸泡在溶剂中,这种方法速度慢,而且通常会破坏标记某些目标细胞所需的荧光蛋白。为了创造一种更好的方法,当时还是研究生的格拉迪纳鲁和她在神经科学家卡尔·戴瑟罗斯的实验室的同事们专注于替换使组织不透明的脂质分子。* 然而,为了防止组织塌陷,这种替换需要像脂质一样赋予组织结构。
第一步是安乐死一只啮齿动物,并通过心脏将甲醛泵入其体内。接下来,他们去除了皮肤,并在其血管中填充了丙烯酰胺单体,这是一种白色、无味、结晶状的化合物。这些单体创建了一个支撑性的水凝胶网,取代了脂质并使组织透明。不久之后,他们就可以在两周内使整个小鼠身体变得透明。
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很快,他们就开始使用透明小鼠来绘制完整的小鼠神经系统图谱。透明化使他们能够识别外周神经——微小的神经束,人们对其知之甚少——并绘制病毒在小鼠血脑屏障上的传播图,他们通过用荧光剂标记病毒,将其注射到小鼠尾巴中,并观察其扩散到大脑中来完成这项工作。“这就像看到整个世界与看到世界的各个切片,”格拉迪纳鲁说。这个过程减少了人为错误的机会,加快了实验室工作速度,产生了更丰富的数据,并减少了实验动物的使用。格拉迪纳鲁向任何有实验室要求的实验室提供她的水凝胶溶液配方。她的下一步是使用该技术来寻找、绘制和了解更多关于癌症和干细胞的信息。
*勘误表(2014年11月19日):印刷版版本中的这句话在发布后进行了编辑。原文报道这项工作是在已故免疫学家保罗·帕特森的实验室完成的。