第四届“创意光电”科普大赛参赛作品展示（11）：光学成像的得力助手——组织光透明

光学成像的得力助手——组织光透明

参赛者：李鑫琳

生物光学成像，顾名思义，是利用光学显微镜来获取生物组织的微观结构以及细胞分布运动的成像手段。随着生物分子标记技术的不断发展和进步，光学成像在揭示生命活动的相关研究中发挥着越来越重要的作用，其成像速度快、分辨率高，不足的是成像的深度受到一定限制。组织光透明方法的问世，一定程度上解决了这一困惑。

一、什么是组织光透明

组织光透明技术（tissue clearing）是利用化学或物理的原理和方法对大块组织或完整器官甚至活体动物进行透明化处理的技术，从而实现通过光学仪器直接对组织或器官内的神经、血管、细胞等结构进行观察和研究。光透明技术方法及所用试剂种类繁多，目前可以将其归类为脂溶性光透明技术、水溶性试剂透明技术和水凝胶包埋透明技术。

肝叶的光透明（左：脱脂脱色后；右：折射率（RI）

小鼠肝脏组织光透明3D成像

（图源自Shimpei I. Kubota et al. Cell reports.2017）

二、为何称其为光学成像得力助手

传统的组织光学成像是对冰冻或石蜡包埋的组织样本进行物理切片。几微米厚的薄组织切片可以表征单个细胞，但是却消除了生物材料的三维性。通过组织光透明和体积成像描述完整的样本，可以实现对整个样本的综合评估，可以绘制组织内标记信号的空间关系和结构特征。

除外，组织中像蛋白质、脂质和血红素这些物质对于光的透过并不友好。组织光透明技术就是使用物理和化学手段将这些物质除去，同时将组织浸泡在折射率匹配的高渗透高折射率的试剂中，减少对光的吸收和散射，实现厚组织和完整组织的特殊完整成像需求。而肝脏组织由于其独特的致密性，其透化效果也因此会受到一定程度的限制，但目前已经开发出多种优化方法对其进行光透明操作。

组织光透明的一般操作步骤

三、组织光透明的分类

目前，这项技术在生物医学研究已被广泛应用，例如发育生物学、肿瘤和活细胞的行为研究，而在致密肝脏等组织的成像研究中，也逐渐发展出透化时间更短、效果更好的方法。

四、组织光透明的局限性

组织光透明作为一种组织光学成像的样本处理方法，目前已经在生物医学研究中日益受到关注，但就肝脏光透明成像而言，其目前也仅能实现一片肝叶的三维成像，想要通过光透明实现完整肝脏组织的三维成像，是目前仍需解决的问题。