李亞敏, 薛成志, 李貴葉, 胡章立, 阮雙琛, 陳玲玲

(1. 深圳市激光工程重點(diǎn)實驗室; 2. 深圳大學(xué) 先進(jìn)光學(xué)精密制造技術(shù)廣東普通高校重點(diǎn)實驗室; 3. 深圳大學(xué) 光電工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 生命與海洋科學(xué)學(xué)院, 深圳 518060；4. 深圳大學(xué) 電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 深圳 518060; 5. 深圳大學(xué) 生命與海洋科學(xué)學(xué)院， 深圳 518060)

生物組織光學(xué)透明技術(shù)研究進(jìn)展

李亞敏1, 2, 5, 薛成志1, 2, 4, 李貴葉1, 2, 3, 胡章立5, 阮雙琛1, 2, 3, 陳玲玲1, 2, 3

(1. 深圳市激光工程重點(diǎn)實驗室; 2. 深圳大學(xué) 先進(jìn)光學(xué)精密制造技術(shù)廣東普通高校重點(diǎn)實驗室; 3. 深圳大學(xué) 光電工程學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 生命與海洋科學(xué)學(xué)院, 深圳 518060；4. 深圳大學(xué) 電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 深圳 518060; 5. 深圳大學(xué) 生命與海洋科學(xué)學(xué)院， 深圳 518060)

生物組織光學(xué)透明技術(shù)是一種將完整的不透明的生物組織器官經(jīng)過光學(xué)透明處理后實現(xiàn)高透明且完整的新技術(shù)，可進(jìn)一步結(jié)合光學(xué)成像技術(shù)實現(xiàn)完整組織器官的熒光/吸收三維立體成像，具有傳統(tǒng)切片技術(shù)無法替代的性能，是生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。綜述了組織光學(xué)透明技術(shù)的概念、原理及具體的實現(xiàn)方法和步驟，介紹了其在生物醫(yī)學(xué)尤其是腦科學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和部分成果，比較了各方法不同參數(shù)的優(yōu)劣，并就未來的挑戰(zhàn)和發(fā)展應(yīng)用研究進(jìn)行了討論。

生物組織光學(xué)透明；組織透明；生物系統(tǒng)樣本成像；生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)

現(xiàn)代生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的研究愈加倚重于對樣本的精確觀測，根據(jù)此需求發(fā)展起來的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)涉及生物系統(tǒng)以光子形式釋放的能量，以及光子所攜帶的有關(guān)生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能信息等方面，受到了重視并得到快速發(fā)展。其中，高精度的三維光學(xué)(熒光/吸收)成像技術(shù)因其特異性好、靈敏度高、分辨率高，以及非入侵式等優(yōu)點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)的研究中獲得廣泛應(yīng)用，是重要和常用的研究方法。但是生物組織內(nèi)存在的光散射和光吸收[1-3]等問題限制了組織內(nèi)部的深度成像，使得光學(xué)技術(shù)只能作用于淺表組織。

近年來隨著生物醫(yī)學(xué)迅速發(fā)展，生命科學(xué)醫(yī)學(xué)研究從人工痕跡較重的細(xì)胞研究過渡到了更具生理含義的組織、器官甚至模式動物的研究。為了獲得這些組織器官的三維光學(xué)成像，常見的技術(shù)是進(jìn)行組織切片再分層成像。但傳統(tǒng)的組織切片技術(shù)費(fèi)時費(fèi)力而且其切片過程破壞器官的完整性和某些細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，易導(dǎo)致獲得的細(xì)胞生理信息部分丟失。因此，隨著生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展，迫切需求發(fā)展能保持組織完整性且能夠高透明的方法，生物組織光學(xué)透明技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。它將組織內(nèi)部的光散射和吸收降低，從而顯著提高光在組織內(nèi)的穿透深度，形成高透明性，進(jìn)一步結(jié)合光學(xué)成像技術(shù)在完整的組織器官內(nèi)實現(xiàn)高分辨的熒光/吸收光學(xué)成像。

國際上在早期一直使用最簡單的BABB(benzylbenzoate,benzylalcohol)光學(xué)透明技術(shù)，但隨著腦科學(xué)研究的發(fā)展，從2011年開始光學(xué)透明技術(shù)大力興起并快速發(fā)展。文章綜述了光學(xué)透明的原理和主要技術(shù)方法，介紹了其在生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和部分成果在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，并比較了不同技術(shù)間的各參數(shù)優(yōu)劣，就進(jìn)一步的發(fā)展進(jìn)行討論。

1 生物組織光學(xué)透明主要技術(shù)方法

生物組織的不透明因素是組織對傳播光的吸收以及組織內(nèi)不同物質(zhì)的不同折射率引起的光散射。生物組織光學(xué)透明技術(shù)(Tissue optical clearing technique)是將完整的不透明的生物組織經(jīng)生化試劑混合溶液進(jìn)行灌注、浸泡、電泳等處理后，獲得高透明生物組織樣本的方法。其原理主要是通過物化方法降低組織內(nèi)部由于折射率(refractive index, RI)的不均一性(水RI=1.33、脂類RI>1.45、蛋白RI>1.44)所引起的光散射，從而使得組織透明。此外也可降低組織內(nèi)部的內(nèi)源性色素(如血紅素、核黃素、黑色素、脂褐素[4])等對光產(chǎn)生的強(qiáng)吸收的影響因素，增加光穿透深度。

早在1914年，Spalteholz[5]首次采用苯甲醇和水楊酸甲酯作透明劑進(jìn)行組織透明用于解剖學(xué)和生物醫(yī)學(xué)方面的研究，極大地推動了解剖學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展。近年發(fā)展起來的生物組織光學(xué)透明技術(shù)根據(jù)它們采取的透明機(jī)制主要形成了被動型和主動型的兩大類方法(如圖1)。被動型透明技術(shù)在對組織透明的過程中僅依靠生化溶劑在組織中的被動擴(kuò)散來完成。主動型透明技術(shù)是在透明過程中引入較強(qiáng)的外力(如電場力)去除折射率高的皮脂類物質(zhì)等從而減小折射率差達(dá)到透明。

1.1 被動型光學(xué)透明技術(shù)

被動型方法因為其原理清晰，設(shè)備要求低等突出優(yōu)點(diǎn)而成為光學(xué)透明技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的主要研究領(lǐng)域和熱點(diǎn)。其中依據(jù)其采用的生化試劑種類不同主要分為：1)有機(jī)溶劑型；2)親水溶劑型。

1.1.1 有機(jī)溶劑型光學(xué)透明方法

有機(jī)溶劑型透明方法是先用脫水劑漸進(jìn)地完全脫去生物組織樣本中的水分，然后用高折射率的疏水性有機(jī)溶劑進(jìn)行折射率匹配，部分方法在脫水后增加去脂步驟(使得樣本更加透明)。屬于有機(jī)溶劑型透明方法主要有BABB(苯甲醇和苯甲酸卞酯體積比為1∶2)[6],DBE(Benzyl ether,二芐醚)[7],3DISCO (3D imaging of solvent-cleared organs)[8-10],iDISCO(immunolabeling-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs)[11]和uDISCO(ultimate DISCO)[12]等。

圖1 生物組織光學(xué)透明技術(shù)分類

方法Methods脫水(漸進(jìn)過程)Dehydration去脂Degreasing折射率匹配階段RImatchingBABB甲醇/乙醇[30%,50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]/BABBDBE四氫呋喃[50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]/二芐醚3DISCO四氫呋喃[50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]二氯甲烷二芐醚iDISCO四氫呋喃[50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]二氯甲烷二芐醚uDISCO叔丁醇[30%,50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]二氯甲烷BABB、二苯醚、維生素E混合液

傳統(tǒng)的BABB透明方法(也稱為Murray透明方法)是采用梯度濃度的乙醇或甲醇[30%,50%,70%,80%,96%,100%,100%,(V/V)]對樣本進(jìn)行脫水，接著用BABB試劑(RI=1.55)進(jìn)行匹配。為了改進(jìn)BABB對熒光蛋白信號的淬滅問題，DBE透明方法(Becker,2012)采用了四氫呋喃(Tetrahydrofuran,THF)進(jìn)行脫水，之后用二芐醚(RI=1.56)進(jìn)行匹配，可以部分保留綠色熒光蛋白信號。3DISCO方法(Erturk,2012)為了提高BABB方法的透明效率，則在用THF的脫水和DBE的匹配過程中引入一個二氯甲烷溶液的脫脂步驟。iDISCO(Renier,2014)則是在3DISCO技術(shù)透明樣品前進(jìn)行多種免疫標(biāo)記(神經(jīng)營養(yǎng)因子受體TrkA，TrkB，TrkC，Ret等)，證實了此方法的光學(xué)透明和免疫標(biāo)記的良好兼容性。uDISCO透明方法(Pan,2016)是對3DISCO的進(jìn)一步改進(jìn)，采用叔丁醇脫水以及BABB、二苯醚 (diphenyl ether, DPE)和0.4%(V/V)維生素E(Vitamin E)的混合液[例如：BABB-D4，BABB和DPE體積比為4∶1再加上0.4%(V/V) Vitamin E，BABB-D15, BABB和DPE體積比為15∶1再加上0.4%(V/V) Vitamin E]來進(jìn)行最后的折射率匹配，部分解決了BABB和3DISCO極易淬滅熒光蛋白信號的問題。

上述有機(jī)溶劑型透明方法總體而言清洗效率和透明度高，熒光蛋白信號保存度低，其中熒光蛋白保存能力(uDISCO>3DISCO/iDISCO/DBE>BABB)，組織形態(tài)維持能力(BABB>3DISCO/iDISCO/DBE>uDISCO)。在對器官的適用性上，僅BABB法不能透明成年小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)[8]。

1.1.2 親水溶劑型光學(xué)透明方法

親水溶劑型與有機(jī)溶劑型透明方法的最大區(qū)別在于選擇的生化試劑是否有強(qiáng)親水性。由于熒光蛋白分子上帶有親水基團(tuán)，親水型溶劑相比較有機(jī)溶劑更利于熒光蛋白的保存，更適用于用來透明化表達(dá)熒光蛋白的組織樣本(如Thy1-YFP轉(zhuǎn)基因的小鼠大腦，可直接透明后通過光學(xué)成像技術(shù)觀測神經(jīng)元[13])。此方法根據(jù)具體的透明機(jī)制細(xì)分為：1)簡單浸泡型；2)水化作用型。

1)簡單浸泡型光學(xué)透明方法

簡單浸泡型透明方法是將樣品浸泡在梯度濃度的高滲透性親水性溶液中，利用相應(yīng)梯度濃度溶液將低折射率的組織液和胞液(基質(zhì))逐步替換出來，從而在組織內(nèi)部形成一個折射率匹配的環(huán)境，使樣本變得透明。屬于簡單浸泡型透明方法有：SeeDB(See Deep Brain)[13],ClearT/T2[14-15],FRUIT(fructose and urea induced transparency)[16],TDE(2,2′-Thiodiethanol，硫二甘醇)[17-18]。

表2 簡單浸泡型透明方法

SeeDB(Ke,2013)是一種以果糖溶液作為主要透明試劑的溫和透明方法，其過程是采用梯度濃度的果糖溶液[20%,40%,60%,80%,100%,115%(室溫)/130%(37℃),(W/V)]逐漸清洗樣本[為防止組織褐化每種濃度的果糖溶液都需加入0.5%(V/V) 1-硫代甘油]。ClearT方法(Kuwajima,2013)采用梯度濃度的甲酰胺溶液[20%,40%,80%,95%,95%,(V/V)]，而ClearT2則是為了更好保存熒光蛋白信號在梯度甲酰胺中引入了不同比例的聚乙二醇[25%(V/V)/10%(W/V)逐漸清洗樣本,50%(V/V)/20%(W/V),50%(V/V)/20%(W/V)]。FRUIT方法(Hou,2014)是SeeDB一個改進(jìn)，采用梯度的尿素和果糖混合液[20%/48%,40%/48%,60%/37%,80%/28%,100%/11%,115%/2%,(W/V)]對樣本逐漸清洗[同理每種溶液都需加入0.5%(W/V) 1-硫代甘油]。TDE方法(Aoyagi,2015)采用的是梯度濃度的硫二甘醇溶液[30%,60%,97%,(V/V)]透明樣本。值得注意的是，最后匹配折射率的硫二甘醇溶液濃度越高，其折射率高樣本越透明，但熒光蛋白信號極易淬滅。

上述簡單浸型泡法總體而言是溫和簡單，但透明效率較低。其中保存熒光蛋白信號能力(SeeDB/FRUIT>ClearT2>ClearT>TDE)，透明效率(TDE>ClearT2>ClearT> FRUIT/SeeDB)。只有TDE和FRUIT能用于成年小鼠腦透明；ClearT2,ClearT, SeeDB僅限于新生鼠或者胚胎透明。

表3 水化作用型透明方法

2)水化作用型光學(xué)透明方法

水化作用型透明方法主要是基于尿素介導(dǎo)的水化作用下細(xì)胞膜的流動性增加，進(jìn)出膜上的分子通量增多，從而使得其他試劑能較好滲透進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)逐步除去樣本中高折射率的脂類從而使得樣本透明。屬于水化作用型透明方法有：Scale,[19]CUBIC(clear unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis)[20-22], ScaleS[23]。

Scale方法(Hama,2011)是將樣本簡單浸泡在ScaleA2[4 mol/L尿素+10%(W/V)甘油]或者ScaleU2[4 mol/L尿素+30%(W/V)甘油+0.1%(V/V)TritonX-100)]溶液中逐漸透明，清洗時間長達(dá)數(shù)周甚至數(shù)月，樣本膨脹較大。CUBIC(Susaki,2014)方法則改進(jìn)成三個階段，首先將樣本放入CUBIC1[25%(W/W)尿素+25%(W/W)依地醇+15%(W/W)TritonX-100)]中處理去脂，然后用磷酸緩沖鹽溶液(phosphate buffer saline，PBS)清洗，最后放入CUBIC2[25%(W/W)尿素+50%(W/W)蔗糖+10%(W/W)三乙醇胺，RI～1.49]中進(jìn)行折射率匹配。因為第一階段的水化過程會導(dǎo)致組織的膨脹，從而加入過渡的PBS清洗階段使得樣本體積回縮。ScaleS方法(Hama,2015)是將樣本放入S0[20%(W/V)山梨醇+5%(W/V)甘油+1 mmol/L γ環(huán)糊精+1 mmol/L甲基β環(huán)糊精+1%(W/V)奧沙西羅+3%(V/V)二甲基亞砜進(jìn)行通透(提升細(xì)胞膜的通透性，便于透明試劑較快進(jìn)入組織)]，隨后依次放入S1[20%(W/V)山梨醇+10%(W/V)甘油+4 mol/L尿素+0.2%(W/V)TritonX-100],S2[27%(W/V)山梨醇+2.7 mol/L尿素+0.1%(W/V) TritonX-100+8.3%(V/V)二甲基亞砜]，S3[36.3%(W/V)山梨醇+2.7 mol/L尿素+9.1%(V/V)二甲基亞砜]溶液中漸進(jìn)水化，再用PBS溶液清洗回縮組織，最后轉(zhuǎn)入S4[40%(W/V)山梨醇+10%(W/V)甘油+4 mol/L尿素+0.2%(W/V)TritonX-100+15-20%(V/V)二甲基亞砜]溶液中進(jìn)行折射率匹配。

水化作用型透明方法相對簡單，浸泡型清洗速率較快，透明度較高。其保存熒光蛋白能力Scale>ScaleS>CUBIC，透明效果和透明效率從大到小排序為CUBIC>ScaleS>Scale。值得注意的是由于CUBIC方法引入了高濃度的去污劑[15%(W/W) Triton X-100]，會一定程度地破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，所以不能和DiI(1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate,細(xì)胞膜紅色熒光探針)染色相兼容。

表4 主動型透明方法

1.2 主動型光學(xué)透明技術(shù)

主動型透明方法主要是指透明過程中引入較強(qiáng)的外力去除折射率高的皮脂類物質(zhì)，相對于被動型方法步驟更為復(fù)雜且對設(shè)備要求更高。其主要包含以下三個步驟：1)水凝膠包埋步驟:利用水凝膠包埋固定組織；2)脂類去除步驟:采用外力(如電場力)強(qiáng)制去除脂類物質(zhì)；3)折射率匹配步驟:脂類去除后的組織浸泡在高折射率溶液中如FocusClear[24],80%甘油,RIMS(refractive index matching solution)溶液中產(chǎn)生高透明的樣本。主動型透明方法主要有CLARITY(clear lipid-exchanged acrylamide-hybridized rigid imaging/immunostaining /in situ hybridization-compatible tissue-hydrogel)[25-28]和PACT(passive clarity technique)[29-30]。

CLARITY方法(Chung,2013)采用心臟灌注水凝膠溶液[40%(W/V)丙烯酰胺+2%(W/V)雙丙烯酰胺+10%(W/V)VA-044initiator+16%(W/V)PFA]產(chǎn)生水凝膠，之后將組織取出放入干燥箱中用氮?dú)馊〈鯕猓?7℃孵育組織3 h直到所有溶液發(fā)生聚合(包埋固定步驟完成)。之后用特定設(shè)備通過電泳的方法強(qiáng)制性去除樣品中的脂質(zhì)，最后將樣本放入FocusClear或80%甘油溶液匹配獲得高透明的樣本。盡管其透明能力強(qiáng)，但CLARITY中存在電泳法的難以操控性和組織褐化等問題。為了解決上述問題，PACT透明方法(Bin,2014)在CLARITY基礎(chǔ)上結(jié)合了被動型透明方法，具體過程是在水凝膠包埋組織后其采用8%SDS(十二烷基硫酸鈉)來替代電泳法去除脂類，最后轉(zhuǎn)入RIMS[88%(W/V)碘海醇+0.1(V/V)tween-20]溶液中匹配透明。雖然PACT克服了CLARITY因電泳導(dǎo)致組織褐化和降解以及重復(fù)性差的問題，但是其透明速率相較于CLARITY更低，并且會出現(xiàn)很大的組織膨脹[12]。

2 不同生物組織光學(xué)透明技術(shù)的比較

對光學(xué)透明技術(shù)的能力比較，主要從其透明能力，清洗效率，熒光蛋白保存度，與脂類染料的匹配性，操作流程復(fù)雜性，成本等方面展開。綜合上述介紹的光學(xué)透明技術(shù)，有機(jī)溶劑型方法得到的透明度最高、透明速率最快、能適應(yīng)于多種組織和器官。其缺點(diǎn)是所采用的試劑大多是毒性較強(qiáng)，并且容易淬滅內(nèi)源性熒光蛋白的信號，不能和細(xì)胞膜上親脂性追蹤分子染料如DiI相兼容，清洗后組織體積會有明顯收縮，組織或器官內(nèi)部精確三維結(jié)構(gòu)部分丟失。主動型透明方法部分解決了有機(jī)溶劑型透明方法的中熒光蛋白容易淬滅問題，但是其清洗速率和樣本透明度會有一定程度降低，此外其操作過程最為復(fù)雜，可重復(fù)性低。與前面兩種技術(shù)相比較水化作用型透明技術(shù)樣本透明度和透明速率出現(xiàn)進(jìn)一步下降，但是可更好保存內(nèi)源性熒光蛋白信號。而對于簡單浸泡型透明技術(shù)而言該技術(shù)對成年的樣本透明速率低下，透明度最低，但能夠同脂質(zhì)追蹤染料相搭配，組織形態(tài)結(jié)構(gòu)保存較為完好，同時也能很好保存內(nèi)源性熒光蛋白的信號。具體技術(shù)指標(biāo)的比較見表5。

3 生物組織光學(xué)透明技術(shù)的應(yīng)用

由于組織光學(xué)透明技術(shù)可以將完整的不透明的生物組織器官實現(xiàn)高透明，它進(jìn)一步結(jié)合各種光學(xué)成像技術(shù)實現(xiàn)完整組織器官的熒光/吸收三維立體成像及標(biāo)記目標(biāo)的定量測量，在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。到目前為止，主要集中在以下方面。

1)重要生物樣本的形態(tài)結(jié)構(gòu)的直觀觀察。Dodt等[6]用BABB完成對新生鼠腦、鼠胚胎、果蠅等模式動物的透明和三維立體成像。Ertürk等[31-32]用3DISCO完成對大腦、脊髓、肺、脾、免疫器官和腫瘤等組織器官的透明成像工作。還可與多種標(biāo)記方法搭配，如熒光蛋白、合成的熒光染料、抗體標(biāo)記等。Pan等[12]用uDISCO透明方法成功完成了對小鼠全身脊髓干細(xì)胞的定位和追蹤。張云翔等[33]運(yùn)用基于被動擴(kuò)散原理建立的CLARITY，在盡可能保存腦組織精細(xì)結(jié)構(gòu)的前提下，完成了大鼠腦組織海馬的透明工作。段紅梅等[34]比較了iDISCO和CUBIC兩種透明技術(shù)在脊髓細(xì)胞骨架蛋白(NF)免疫熒光中的染色效果，結(jié)果表明iDISCO透明技術(shù)效果更好，同時應(yīng)用iDISCO透明技術(shù)和免疫熒光染色相結(jié)合的方法可以完整觀察脊髓軸突。

表5 不同組織光學(xué)透明技術(shù)比較

2)臨床生理疾病的研究。CLARITY技術(shù)已用于對一位七歲大的自閉癥男孩的腦組織進(jìn)行了透明然后分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這名患兒大腦皮質(zhì)部分里的神經(jīng)元細(xì)胞像梯子一樣地聚集在一起，與正常情況下的分支狀結(jié)構(gòu)區(qū)別明顯；Hama等[23]用ScaleS處理患阿爾茲海默癥病人腦后發(fā)現(xiàn)核心的Aβ斑塊通常遠(yuǎn)離小膠質(zhì)細(xì)胞，同時與小膠質(zhì)細(xì)胞幾乎沒有聯(lián)系；在糖尿病研究中，Eriksson等[35]將BABB透明法和免疫熒光及光學(xué)投影層析技術(shù)結(jié)合起來研究β細(xì)胞在胰腺中的分布情況。

4 生物組織光學(xué)透明技術(shù)存在的問題和展望

雖然近10年來生物組織透明處理技術(shù)獲得了快速的發(fā)展但是仍然存在一些問題：1)BABB，3DISCO等透明方法存在內(nèi)源的熒光蛋白淬滅問題和親脂性神經(jīng)追蹤分子不兼容的問題[6-12]；2)3DISCO，PACT，CUBIC透明方法透明后組織塊中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保護(hù)問題[23]；3)SeeDB，ScaleS等透明方法樣本仍然集中在介觀(mm～cm)量級，主要是一些組織、器官和小型模式動物[12-23]；4)如何實現(xiàn)清洗能力高、效率快，又能良好保存內(nèi)源性熒光蛋白以及組織形態(tài)結(jié)構(gòu)等因素的平衡調(diào)節(jié)[21,23]；5)幾乎所有透明方法都無法清洗富含黑色素組織如眼珠，毛發(fā)等組織；6)如何開發(fā)與生物組織光透明技術(shù)相匹配的更高性能的顯微成像設(shè)備(目前無論是雙光子顯微鏡其觀察的深度都難以超過8 mm[19]，難以完全顯示透明后大的組織器官的研究優(yōu)勢)。

生物組織光學(xué)透明技術(shù)使得人們得以從系統(tǒng)生物學(xué)水平更深入了解了不同組織器官中的生命活動，未來的重大挑戰(zhàn)是完成嚙齒動物整個身體和靈長類動物大組織器官的透明工作[4]。該項技術(shù)能應(yīng)用于基礎(chǔ)生命科學(xué)領(lǐng)域，通過對透明后全身組織器官進(jìn)行高通量的三維成像可以找出與藥物發(fā)生相互作用的靶器官或者靶細(xì)胞，這使得該項技術(shù)未來有望用于藥物開發(fā)領(lǐng)域[36]。通過對透明后的大量臨床樣本進(jìn)行三維分析將有助于發(fā)現(xiàn)更多疾病的相關(guān)細(xì)胞，這能提高臨床診斷的敏感性和準(zhǔn)確性，為治療提供更好的幫助, 這使得該項技術(shù)未來有望用于臨床研究領(lǐng)域[37]。

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Theresearchprogressoftissueopticalclearingtechniques

LI Ya-min1, 2, 5, XUE Cheng-zhi1, 2, 4, LI Gui-ye1, 2, 3, HU Zhang-li5, RUAN Shuang-chen1, 2, 3, CHEN Ling-ling1, 2, 3

(1. Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering； 2. Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen University; 3. Shenzhen University, College of Optoelectronic Engineering, Shenzhen 518060; 4. College of Electronic Science and Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060; 5. College of Life Sciences and Oceanography, Shenzhen University, Shenzhen 518060， China)

Tissue optical clearing methods, which transform intact opaque tissue into an optically transparent construct by reducing light scattering and then can be further combined with optical imaging technology to facilitate intact tissue organ deep optical (fluorescence/absorption) three-dimensional imaging, have been attracted increasing interest in biomedical photonics area due to their advantages compared to conventional mechanical-sectioning-based methods. This paper summarized optical clearing principles, main approaches and their current research situation and achievements in biomedicine, especially in the field of brain science. The comparison of their performance parameters and the further development challenge were also presented.

tissue optical clearing technology; transparent organization; imaging of mesoscopic biological systems; biomedical photonics

2017-02-27；

2017-03-23

國家自然科學(xué)基金(No. 61505112)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金資助;深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金資助(No. JCYJ20150525092941015)；深圳市高端人才啟動(827-0000086)

李亞敏，碩士研究生，主要從事生物醫(yī)療光子學(xué)研究，E-mail:1054257761@qq.com

陳玲玲, 副教授, 博士, 主要研究方向為熒光多維度成像、光學(xué)透明技術(shù)，E-mail: l.chen10@szu.edu.cn

10.3969/j.issn.2095-1736.2017.06.083

Q593

A

2095-1736(2017)06-0083-06