頂尖學術期刊《細胞》今天在線發表的一項研究工作中，科學家們利用先進的技術手段，首次成功展現了透明的完整人體器官，為從細胞水平上窺探結構複雜的人體提供了前所未有的機會。
帶來這項研究成果的是德國亥姆霍茲慕尼黑中心組織工程與再生醫學研究所（Institute for Tissue Engineering and Regenerative Medicine）、慕尼黑大學（Ludwig Maximilians University Munich）和慕尼黑工業大學（Technical University of Munich）的聯合團隊。
通訊作者Ali Ertürk教授此前帶領團隊開發了一種名為vDISCO的技術，可以把小鼠整個身體變得透明，讓我們看清動物身體深處的細胞，甚至能發現其中轉移的癌細胞。這種技術涉及用化學溶劑清除小鼠的組織，同時保留細胞結構，製成透明標本。然後，以染料標記的納米抗體增強組織中的熒光信號。
▲相關閱讀：《細胞》封面：首次看清體內所有癌症轉移！（圖片來源：©Helmholtz Zentrum München）
儘管在小鼠實驗中取得了巨大進展，對於結構更復雜的人體器官，原有的組織清除技術卻無法適用。這是因為，小鼠的器官組織相對輕薄柔軟，而生長了數年乃至數十年的成年人體組織內，密集堆積著很多像膠原蛋白之類的不溶性分子，原先能清除小鼠組織的化學溶劑對人體器官不起作用。
“我們不得不徹底改變我們的方法，從頭開始尋找能夠使人體器官透明的新化學物質。”這項研究的第一作者Shan Zhao博士說。功夫不負有心人，經過廣泛的試驗，研究小組發現一種被稱為CHAPS的表面活性劑可以在堅固的人體器官上打出小孔，讓抗體和染料得以滲進幾釐米厚的器官內部進行分子標記。
▲利用CHAPS滲透堅固的人體組織，進行分子標記（圖片來源：參考資料[1]）
藉助這種方法，研究人員成功地把屍體解剖得到的成人大腦和腎臟變得透明。
不過，接下來還面臨處理器官成像和分析大量數據的難題。為此，研究人員們開發了一種新型激光掃描顯微鏡，可以放置體積較大的樣品，從而對完整的器官進行成像。
此外，研究小組開發了深度學習算法，能在幾個小時內對大腦三維結構中的幾百個細胞展開分析。
研究人員們把這套應用於人體器官透明化的新技術命名為SHANEL（Small-micelle-mediated Human orgAN Efficient clearing and Labeling）。“在不久的將來，SHANEL可以發展成為繪製完整人體器官的關鍵技術。這將極大加速我們對大腦等器官的認識，理解它們的發育，以及在健康和疾病中的作用。” Ertürk教授說。
▲利用SHANEL技術得到的完整人腦可以透光（圖片來源：©Helmholtz Zentrum München / Ertürk lab）
研究人員的最終目標是以生成的器官圖為模板，用3D生物打印技術為有需要的患者打造個體化的人工器官，解決器官移植供體短缺的難題。Ertürk教授說：“移植器官需要漫長的時間，移植費用也很高。我們希望在細胞結構層面詳細瞭解人體器官，朝著按需生產有功能的人工器官邁進一步。”
[1] Shan Zhao et al., (2020) Cellular and Molecular Probing of Intact Human Organs. Cell. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.030[2] Transparent human organs allow 3D maps at the cellular level. Retrieved Feb. 14, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/hzm--tho021320.php
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