科学家创造出透明的啮齿动物用于脑科学研究

上面视频中你看到的那些细小的线是单个神经细胞。到目前为止，科学家还无法看到它们在整个老鼠大脑中的位置。

但一项新技术现在能使小动物的整个身体变得透明，使科学家能够追踪从鼻子到尾巴的神经细胞和血管路径。这项新工具今天发表在《自然方法》杂志上，是第一个提供完整身体中单个细胞的如此详细视图的工具。

“现在……我们可以高分辨率地观察整个老鼠的神经回路，”论文合著者、慕尼黑路德维希马克西米利安大学的神经学家 Ali Ertürk 说道。这将使研究人员能够更好地了解神经系统的组装方式，以及损伤或疾病会如何影响这种神经回路。

一般来说，科学家可以利用 MRI 等技术以低分辨率观察整个器官，或者将微小​​组织切成薄片，然后放在显微镜下详细观察非常小的区域。但将组织切成薄片很费时间，而且无法捕捉神经系统的全部复杂性，因为神经系统的细胞通常太长，无法放在组织切片上。

“这通常足以研究肿瘤细胞或炎症细胞，因为它们是小圆圈……但神经元不是这样的，”Ertürk 说。“你看不到整个画面，你只是在切断电线。”

埃图尔克和同事将这种新方法称为“终极迪斯科”或 uDISCO，这种方法可以将这些电线完整地展示在原地。埃图尔克将这一过程比作了解墙壁中的管道是如何排列的，方法是将所有东西都变成玻璃，然后将有色水注入管道中。

为了让死老鼠在 uDISCO 中变得透明，需要将老鼠浸泡在溶液中，去除其组织中的水分和脂质，留下玻璃状的支架。这一过程还会使老鼠的身体缩小 65%，使它们更容易放在显微镜下观察，并使组织变得坚硬但又富有弹性，便于定位。

对于携带荧光蛋白的啮齿动物，通过显微镜观察可以高分辨率地看到研究人员决定照亮的细胞或区域。

此前，Ertürk 和他的同事发明了一种类似的技术，称为 3DISCO（溶剂透明化器官的 3D 成像）。3DISCO 可以在几个小时内使小鼠的大脑或脊髓透明化，但溶液很快就会损坏发光的蛋白质。要使整只小鼠变透明需要几天时间，此时已经没有信号点亮透明的组织了。

“他们会破坏这种荧光颜色，”埃尔图克说。“所以我们基本上会把[老鼠]弄得透明，但最终我们会失去里面的彩绘。”

uDISCO 可将荧光蛋白在体内保存数月，从而可以清除并观察整个啮齿动物。整个过程大约需要八天。相比之下，使用电子显微镜从组织切片绘制小鼠大脑图谱需要大约 50 年，而绘制人类大脑图谱则需要 1000 年，Ertürk 说道。

他希望最终能用 uDISCO 绘制出整个人类大脑的图谱。Ertürk 和他的同事还计划应用 uDISCO 研究脑损伤或精神疾病如何影响身体的其他部位。另一个用途是追踪肿瘤中转移细胞的路径，或了解移植的干细胞如何迁移到身体的非预期部位。使用 uDISCO 创建整个啮齿动物的图谱甚至可能减少未来研究中使用的实验动物数量。

借助 uDISCO，科学家还可以比较健康小鼠和患有阿尔茨海默病样疾病的小鼠的神经系统。“这将为我们提供错误接线是如何发生的线索，”Ertürk 说。“以及我们如何解决它并使其正确。”