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Nature新技术:一种可以让组织拉伸数倍,并多次使用的新技术

针对许多生物医学研究实验中遇到的问题,来自麻省理工学院的研究人员设计了一种解决方案,可以使大脑和其他大型组织中的细胞和分子成像更容易,同时样品也足够坚韧,可以在实验室中进行多次处理,这种技术提出了一种化学过程,帮助组织拉伸,压缩,且坚固。

这一新技术公布在Nature Methods杂志上。

这种被称为“ ELAST”技术为科学家提供了一种非常快速的方法来荧光标记大脑,肾脏,肺,心脏和其他器官内的细胞,蛋白质,遗传物质和其他分子。

麻省理工学院Kwanghun Chung实验室在一项由国家卫生研究院资助,为期五年的项目中,开发了ELAST ,绘制出人类整个大脑全面的图谱。

要完成这样的图谱,要求能够在厚的组织中标记和扫描每个精细的细胞和分子细节,这也意味着实验室必须能够将样本完整地保持多年。

Chung说:“当人们捐赠大脑时,就像在捐赠图书馆一样。每个图书馆都包含有价值的信息,但我们不能同时访问该图书馆中的所有书籍,必须在不损坏它地重复访问的情况下利用该图书馆。这些大脑中的每一个都是极其宝贵的资源。”

为此,研究人员改变了思维方式:如果我们的目标不是成像生活事件,而是成像外观,就可以在保持外观的同时改变组织的物质类型。

新配方

在这项研究中,研究人员对凝胶状化学品聚丙烯酰胺配方进行了改进,文章作者Webster Guan说,在过去,大家用一种与交联化学物质不同的形式,使组织坚固,但不能保存时间长,现在改进配方了,所以当该配方注入组织时,细胞和分子将直接附着在网格状的网格上。

在新配方中,该团队使用了高浓度的丙烯酰胺,而交联剂和引发剂却少得多。结果表明是长的聚合物链与能够缠结的链环缠结在一起,使凝胶结构完整,且具有更大的柔韧性。不仅如此,组织的细胞和分子并没有附着在链上,而是纠缠在其中,进一步增加了注入丙烯酰胺组织承受拉伸或挤压的能力,而不会在组织中造成任何撕裂或移位。

在该研究中,研究小组报告了将人或小鼠的脑组织同时拉伸至其宽度和长度的两倍,或者将其厚度压缩10倍,恢复到正常大小后几乎没有变形。

这些结果表明,ELAST能够实现完全可逆的组织形状转换,同时保留组织中的结构和分子信息。

将聚丙烯酰胺完全整合到大量组织中,达到弹性可能需要长达21天的时间,但是从那时起,任何单独的标记步骤(例如标记特定类型的细胞确定其丰度)或特定的蛋白质来查看其表达方式,其过程比以前的方法要快得多。

比如研究人员通过反复压缩人脑的5毫米厚的横截面,只需24小时就可以完全贴上标签。早在2013年,Chung及其同事曾*推出了“ CLARITY”,这是一种使脑组织透明并用丙烯酰胺凝胶固定的方法,研究人员需要24小时才能将切片标记为厚度的十分之一。由于标记时间是通过平方探针必须穿透的深度来估算的,因此计算表明,使用ELAST进行标记的速度比使用CLARITY进行速度快100倍。

Chung说,尽管他们实验室主要集中在大脑,但对其他器官也具有适用性,可以帮助进行其他细胞定位工作。即使标记组织根本不是靶标,拥有一种简单的新方法来制造耐用的弹性凝胶也可以有其他应用,例如在创建软机器人方面。

 

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