原創(chuàng) 清華大學 清華大學 北京

在生物研究里，研究人員一般要取下離體組織樣本，經過反復切片、逐層成像，才能慢慢還原其內部結構。然而，一旦切片，就會破壞整體，導致結構錯位、空間斷層、信號損耗等問題，最終只能拼湊出一幅支離破碎的三維圖景。

那么，能否給科研人員裝上“透視眼”，不破壞生物結構，也能看清其內部奧秘呢？

近日，清華大學生物醫(yī)學工程學院苑克鑫副教授團隊提出了“玻璃態(tài)組織透明化”技術Vitreous Ionic - liquid - solvent - based Volumetric Inspection of Trans - scale biostructure（簡稱：VIVIT）。這一創(chuàng)新方案能讓離體生物組織在不被破壞、無形變的前提下，以原貌的三維結構呈現(xiàn)在鏡頭前。

相關研究成果于北京時間8月11日晚，以《VIVIT：通過離子玻璃態(tài)組織揭示跨尺度生物結構》（VIVIT: Resolving trans - scale volumetric biological architectures via ionic glassy tissue）為題，在線發(fā)表于《細胞》（Cell）。

Cell網站論文截圖

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首次實現(xiàn)：低溫下將生物組織整體轉化為“玻璃態(tài)”

為避免切片帶來的損傷，組織透明化技術應運而生。它能通過化學方法讓組織光學透明，使研究人員可直接觀測內部結構，無需層層切片。但現(xiàn)有的透明化方案存在諸多問題，如組織在處理中會膨脹或收縮，空間結構被扭曲；蛋白熒光信號易損失，圖片對比度下降；樣本冷凍保存會被冰晶損傷，導致結構破壞。

在真正還原三維結構方面，學界一直缺乏一個兼顧結構保真、信號增強，且支持樣本長期保存與無損復用的解決方案。而苑克鑫團隊創(chuàng)新的VIVIT技術，正是彌補這一缺口的關鍵。

與以往僅追求透明度的方法不同，VIVIT從一開始就追求更高目標，即在實現(xiàn)光學透明的同時，最大限度保留組織原有的空間結構與分子信息。

VIVIT讓組織實現(xiàn)透明化

通過團隊自主研發(fā)的高折射率離子液體，VIVIT首次實現(xiàn)了在低溫下將生物組織整體轉化為“玻璃態(tài)”，使其在光學上通透，在物理上穩(wěn)定。實驗數(shù)據顯示，經過VIVIT處理后，組織的形變率低于1%。像腦組織這種結構精密、連接復雜的樣本，也能保持原有形態(tài)，包括神經突觸在內的亞細胞級精細結構同樣能清晰呈現(xiàn)。

VIVIT技術揭示人類大腦皮層的微連接

突破：不止“看得清”，更能“保得住”“用得上”

VIVIT的突破不僅在于能“看得清”，更在于“保得住”和“用得上”。

通過特殊離子液體對分子微環(huán)境的優(yōu)化，VIVIT顯著提升了組織內熒光信號的強度。熒光標記的組織經VIVIT處理后，多種常用染料的熒光信號可增強至原始的2至30倍，讓以往難以檢測的微弱標記也能清晰呈現(xiàn)。

同時，得益于玻璃態(tài)處理的物理特性，VIVIT打破了樣本冷凍保存的限制。處理后的組織樣本如琥珀般整體通透、質地均勻，不僅能在 - 80°C下長期保存，還能完全避免冰晶形成帶來的撕裂與機械性損傷，真正實現(xiàn)冷凍切片的結構無損。

經過VIVIT處理后的樣本無冰晶損傷

VIVIT能夠實現(xiàn)多倍增強熒光，且抑制光淬滅

有了VIVIT這雙“透視眼”，研究者不僅能看清組織內部原貌，還能不斷復用同一樣本并深入探索。VIVIT處理后的組織樣本具有極高的結構穩(wěn)定性和信號保真性，能承受多輪免疫染色與連續(xù)成像。每一輪染色后，信號依然清晰，組織結構穩(wěn)定如初。這意味著研究者可在同一組織中依次識別多個分子靶點，層層疊加，獲得更豐富的空間信息。

與此同時，配合團隊自研的三維重建算法TARRS，VIVIT還支持連續(xù)切片圖像的高精度拼接，可構建從單細胞到全器官的三維圖譜，實現(xiàn)跨尺度的結構還原。

VIVIT重構腦組織三維全景

苑克鑫團隊此次提出的創(chuàng)新性組織透明化方案，不僅打造了能看透組織內部結構的“透視眼”，還為其安上了完整的“導航引擎”，貫穿從樣本處理、多模態(tài)染色到三維重建的全流程路徑。

透過日益清晰的三維空間信息，我們正重新理解生命的結構與秩序。未來，團隊將繼續(xù)推動這一技術與實際需求深度融合，助力基礎科研、精準醫(yī)療與智能診斷的發(fā)展。

原標題：《擁有“透視眼”！這支清華團隊做到了》

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