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科学家发明新技术可使老鼠大脑变透明

更新:2013-04-14 10:01

科学家发明新技术可使老鼠大脑变透明
通过“CLARITY”变形技术,小鼠的大脑(左)可以变成透明,但仍然完好的状态(右)。
科学家发明新技术可使老鼠大脑变透明
CLARITY技术实现了完整的小鼠大脑成像
科学家发明新技术可使老鼠大脑变透明
透明小鼠的大脑图像,显示了海马区域的特征

 在好莱坞电影《隐形人》里面,主角格里芬在自己身上进行了神秘的实验,使自己变成了隐形人;而在漫画《神奇四侠》中,隐形女因为突然遭受宇宙射线的辐射而意外得到超能力,能控制光波使自己和他人隐形。现在,在斯坦福大学,一项名为“CLARITY”的新技术却能使老鼠的大脑变得透明。

  老鼠是非常常见的生物学实验动物,但科学家在研究它们不透明的大脑时却感到十分困扰。如果你要在大脑中寻找某种蛋白质,如淀粉样β蛋白(引起阿尔茨海默症的蛋白)的位置,我们很容易就可以把荧光分子接到蛋白质上——这一过程成为免疫标记——但由于大脑是不透明的,你就必须将它切成很薄的切片,然后才能观察这些发光的标记,最后将这些切片上的信息在电脑里重新组合。

  如果能发明一项使大脑变透明的技术,以上这些繁琐的问题就可以迎刃而解,而这也正是 Kwanghun Chung所做到的。他与斯坦福大学卡尔·戴瑟罗特(Karl Deisseroth)博士领导的科学小组合作,研制出了一种名为“CLARITY”的新技术。该技术不仅能使大脑变得透明,更重要的是,它能保证大脑中最重要的组成部分保持在原位。每一个神经元、蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)链以及化学信号物质都锁定在原来的位置,做了标记的分子如抗体或荧光标记等都能轻松地进行检测。

  一开始,Chung利用甲醛和丙烯酰胺混合溶液来保存一个分离的冷藏大脑标本。甲醛将大脑中大部分的分子如蛋白质和DNA等与丙烯酰胺连接起来,当加热到体温时就变成一个硬化的透明胶体。然后,Chung给大脑标本通上一股电流,将没有连接到胶体上的东西除去。整个过程有点像用铅笔绘制一个场景,然后把边缘擦去。

  经过这番处理,我们就得到了一个透明的老鼠大脑。它包括了每一个细胞的内容物,却去掉了细胞的轮廓。它之所以透明,是因为去除了能散射并反射光线的脂类。这些脂类也起着屏障的作用,去除之后,我们就可以往透明的大脑里注入标记分子。“你可以对整个组织进行拍摄,然后再重建为三维模式,”Chung说,“而不需要去做切片。”我们可以使大脑中某一类型的神经元发出黄绿色的荧光,然后以大脑整体的角度观察神经元的位置,而不必再用不透明的切片进行重组。

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