新技術以三維視角「窺視」人腦內部

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令人驚嘆的人腦組織3D版。圖片來源: Imperial College London

英國帝國理工學院的研究人員開發出一種突破性的成像技術，該技術以前所未有的細節揭示出大腦極其精細的結構。這項研究結果近日發表在《Nature Communications》上。

下一代技術讓研究人員能夠生成活體大腦組織樣本的3D圖像，這使得人們得以在微觀層面上看到人類大腦令人驚嘆的照片。

這項成果由帝國理工學院和香港大學的科學家們合作完成。他們相信，這項技術能夠幫助闡釋很多神經系統疾病的基礎機制，為全世界數百萬人帶來福音。

對大腦組織成像的傳統方法是，將小塊大腦組織切成超薄切片，再給切片著色，從而觀察到人們感興趣的特徵，比如蛋白質，或其他與疾病相關的生物標記。

然而近年來，分子標記技術的進步和激光顯微鏡的可用性使研究人員開發出了現代組織清理技術。這些技術使大腦組織變得透明，讓研究人員能夠觀察到三維解剖結構。然而，這些技術最初被開發用於嚙齒動物的大腦組織，很少用於研究人類大腦。

微觀的大腦結構。上圖：小腦的橫截面。下圖：相同樣本的一小塊的內部圖像，展示了大腦細胞網路。圖片來源：Imperial College London

很多問題都圍繞著人類大腦的獨特性質，以及大腦組織死亡後的保護和處理過程。為了克服這些問題，這個由3名醫學生領導的研究團隊開發出一種名為OPTIClear的新型組織清理技術，使得多種分子標記技術都可以用於活體人類大腦組織的3D可視化。

利用這種新方法，他們能夠給神經細胞、膠質細胞、血管以及其他病理標誌染色，比如存在於阿爾茲海默症患者大腦中的tau蛋白質纏結，細節極其清晰，研究人員可以在三維空間中將它們關聯起來。

帝國理工學院的英國帕金森症大腦生物庫的科學家Steve Gentleman說：「這些技術使我們能夠以驚人的細節揭示出人類大腦的微觀結構。」

OPIClear技術使得研究人員能夠「看穿」組織（左圖：處理前；右圖：處理後）。圖片來源：Imperial College London

他補充說：「通過在實驗室中使用此類工具，我們能夠使細胞互相作用的三維過程可視化，更加了解影響大量患者生活的神經退行性疾病發生時受損的通路和連接的信息。我們要感激大腦捐贈者和他們的家庭，是他們使得這項研究成為可能，他們的無私精神值得我們尊重。」

阿爾茲海默症患者大腦中的tau蛋白質纏結。圖片來源：Imperial College London

據研究人員介紹，該方法相對便宜，時間效率很高且易於實施，很可能成為未來技術發展的基礎。

他們希望，在微觀層面上更好地理解大腦中的連接和和迴路將幫助我們深入了解常見神經退行性大腦疾病的病理學原理，如阿爾茲海默症和帕金森症。

樹突棘，大腦細胞軸突尾部的突出物，它使得信號能夠在細胞中傳遞。圖片來源： Imperial College London

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