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    生物组织透明化,活检更快更准确

    2021-01-25 15:01:42

    为详细观察生物组织,研究人员正积极开发通过特殊的处理使生物组织变透明的技术。此前一直以调查小鼠大脑神经细胞的连接方式等基础研究为主。今后有望实现新的用途,比如用来有效观察从体内切除的组织,帮助诊断肝炎等。到2030年代,透明化技术也许能在临床现场实现实用化。


    观察构成生物组织的细胞的功能对深入了解生命现象的机制至关重要。要想了解器官的功能,需要三维观察形成器官的众多细胞的情况。计算机断层扫描装置(CT)和磁共振成像装置(MRI)难以在细胞水平上进行观察,也很难看到体内物质的运动。


    不过,即使从动物等的体内取出器官,由于器官是不透明的,也无法看清里面的情况。因为组织中的脂质会散射光。组织内有吸收光的色素也是透明度降低的原因之一。


    可以采用将组织切成很多薄片进行观察的方法,但这样难以看清细胞之间的三维关系。因此,研究人员开发了很多在不破坏组织的情况下将其变透明的技术。


    变透明后,将荧光物质移动到目标部位就容易看清细胞的样子了。


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    【图】利用透明化技术处理过的小鼠肝脏(上)和肾脏(下)。

    左起依次为处理前、处理1小时后和处理5小时后=图片由麓伸太郎副教授提供



    长崎大学的麓伸太郎副教授等人开发出了新的透明化技术“Seebest”,相关成果已于11月份发布在科学期刊上。该技术的特点是,不用去除妨碍透明化的脂质。取而代之的,是利用特殊的聚合物(高分子)使包括脂质在内的组织内物质的折射率变得一致,由此来实现透明化。由于保留了组织中的脂质膜,加入组织中的荧光物质不容易流出。


    与现有的主要技术不同,可大幅改变组织中的氢离子浓度也使得荧光物质更容易保留在组织中。新技术还有一个优势是,能在几个小时的较短时间内达到一定程度的透明度。


    作为Seebest的应用示例,麓伸太郎副教授列举了病理组织诊断。


    非酒精性脂肪性肝炎是一个有力候选。此病被认为是由压力和生活习惯混乱引起的。据推算,日本国内有100万~200万名患者。


    非酒精性脂肪性肝炎的确诊方法是通过活检提取部分肝脏观察组织,确认是否有炎症等。需要掌握熟练的技术才能将提取的组织切成薄片进行观察。


    如果使用透明化技术,就可以直接观察整个组织,无需切成薄片。麓伸太郎副教授估算:“可以将作业时间大幅缩短至原来的十分之一”。


    Seebest无需去除脂质膜,因此可以在不破坏脂肪部分的情况下进行确认,有助于准确诊断。


    此外,该技术还能应用于诊断癌症的活检,可通过添加附着在癌细胞上发光的荧光物质进行观察。预计荧光物质的易操作性将成为其优势。


    从观察大脑结构开始实用化

    组织透明化技术拥有悠久的历史,可以追溯到19世纪后半期德国解剖学家Spalteholz着手开发透明化试剂时。进入2000年代后诞生了很多新技术。2014年理化学研究所的上田泰己等人开发了“CUBIC”,该技术以高透明度为优势,可以观察小鼠大脑的微细结构。2017年证实还可用于癌症等的病理组织诊断。


    该技术使用表面活性剂,因此被指出会破坏组织中的脂质膜等,对组织造成一定的损伤。Seebest不容易破坏组织,因此容易观察微细的结构。理研其他团队开发的技术“Scale”有一种不使用表面活性剂,但被指出组织会膨胀,荧光物质可能泄露。Seebest调节pH值的话就不容易膨胀,预计能解决竞争技术存在的课题。


    此外,该技术还有望用来分析药品的作用机制。可以使由脂质膜构成的囊泡——“脂质体”的分布实现可视化,通过进行三维观察,便于更准确地测量药物成分能从血管扩散出多远的距离。今后能否加强与临床的合作也是决定这些用途是否能实现的关键。


    (文章来源:尾崎达也,《日经产业新闻》,2020年12月11日)