Очистка тканей
Очистка тканей относится к группе химических методов, используемых для придания тканям прозрачности. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Это позволяет глубоко проникнуть в эти ткани, сохраняя при этом пространственное разрешение. [ 1 ] Существует множество методов очистки тканей, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны. [ 2 ] [ 4 ] Некоторые из них применимы в целом, а другие предназначены для конкретных приложений. [ 4 ] Очистка тканей обычно сочетается с одним или несколькими методами маркировки и последующим изображением, чаще всего с помощью методов оптической микроскопии срезов. [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] Очистка тканей применяется во многих областях биологических исследований. [ 7 ]
История
[ редактировать ]В начале 1900-х годов Вернер Шпалтехольц разработал методику, позволяющую осветлять большие ткани. [ 2 ] [ 8 ] используя Wintergrünöl ( метилсалицилат ) и бензилбензоат . [ 9 ] В течение следующих ста лет различные ученые представили свои собственные вариации техники Шпалтехольца. [ 8 ] Тучин и др. представил ТОС в 1997 году, добавив новую ветвь очистки тканей, которая была гидрофильной, а не гидрофобной, как метод Спалтехольца. [ 1 ] [ 10 ] В 2007 году Додт и др. разработали двухэтапный процесс, в котором ткани сначала обезвоживались этанолом и гексаном , а затем делались прозрачными путем погружения в бензиловый спирт и бензилбензоат (BABB) - метод, который они объединили со световой листовой флуоресцентной микроскопией . [ 2 ] [ 3 ] Хама и др. в 2011 году разработали еще один гидрофильный подход, Scale e . [ 2 ] [ 8 ] В следующем году Эртюрк и др. разработали гидрофобный подход под названием 3DISCO , в котором они предварительно обрабатывали ткани тетрагидрофураном и дихлорметаном, а затем очищали их дибензиловым эфиром . [ 3 ] [ 8 ] Год спустя, в 2013 г., Chung et al. разработала CLARITY , первый подход к использованию мономеров гидрогеля для очистки тканей. [ 2 ] [ 3 ] [ 8 ]
Принципы
[ редактировать ]Считается, что непрозрачность тканей является результатом рассеяния света из-за неоднородных показателей преломления . [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] Методы очистки тканей химически гомогенизируют показатели преломления, в результате чего ткань становится почти полностью прозрачной. [ 4 ] [ 6 ]
Классификации
[ редактировать ]Хотя существует множество стандартов классификации очистки тканей, наиболее распространенные классификации используют химический принцип и механизм очистки для группировки методов очистки тканей. [ 1 ] К ним относятся методы гидрофобной очистки, [ 1 ] [ 2 ] [ 6 ] который также может быть известен как органический, [ 3 ] на основе растворителя, [ 4 ] [ 5 ] на основе органических растворителей, [ 11 ] [ 12 ] или обезвоживание [ 13 ] методы очистки; гидрофильные методы очистки, [ 1 ] [ 2 ] [ 6 ] который также может быть известен как на водной основе [ 5 ] [ 11 ] или на водной основе [ 13 ] методы и могут быть подразделены на простые методы погружения. [ 4 ] и гипергидратация [ 4 ] (также называемое делипидированием/гидратацией [ 5 ] ); и методы очистки на основе гидрогеля, которые также могут быть известны как моющие средства. [ 3 ] или заливка гидрогелем [ 4 ] [ 5 ] [ 11 ] методы. В методах очистки с расширением тканей используется гидрогель, и они могут быть включены в раздел «Очистка на основе гидрогеля». [ 2 ] или как отдельную категорию. [ 1 ]
Методы
[ редактировать ]Общие методы включают методы семейства DISCO, включая 3DISCO , CLARITY и связанные с ними протоколы. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Другие включают БАББ, [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] ПЕГАС, [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] ШАНЕЛЬ, [ 1 ] [ 5 ] См. БД, [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] КУБИК , [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] ExM, [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] и ЩИТ. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ]
Маркировка
[ редактировать ]Методы очистки тканей имеют разную совместимость с различными методами флуоресцентного мечения . [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] Некоторые из них лучше подходят для предварительной очистки меток, например, генетическое мечение. [ 1 ] [ 5 ] в то время как другие требуют маркировки после очистки, например иммуномаркировка и маркировка химическим красителем. [ 1 ] [ 5 ]
Визуализация
[ редактировать ]После очистки и маркировки ткани обычно визуализируются с помощью конфокальной микроскопии . [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] двухфотонная микроскопия , [ 1 ] [ 5 ] [ 11 ] или один из многих вариантов светолистовой флуоресцентной микроскопии . [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] Другие менее распространенные методы включают оптическую проекционную томографию. [ 1 ] [ 5 ] и стимулированное комбинационное рассеяние . [ 5 ] [ 7 ] [ 11 ]
Данные
[ редактировать ]Визуализация очищенных тканей генерирует огромные объемы сложных данных, которые требуют мощного вычислительного оборудования и программного обеспечения для хранения, обработки, анализа и визуализации. [ 1 ] [ 6 ] [ 13 ] Мозг одной мыши может генерировать терабайты данных. [ 2 ] [ 6 ] [ 13 ] Для удовлетворения этой потребности существует как коммерческое программное обеспечение, так и программное обеспечение с открытым исходным кодом, часть которого адаптирована на основе решений для двумерных изображений, а часть разработана специально для трехмерных изображений, полученных путем визуализации очищенных тканей. [ 1 ] [ 11 ] [ 12 ]
Приложения
[ редактировать ]Очищение тканей применяется к нервной системе, [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ] кости (включая зубы), [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] скелетные мышцы, [ 7 ] [ 18 ] [ 19 ] сердца и сосуды, [ 7 ] [ 11 ] [ 20 ] органы желудочно-кишечного тракта, [ 7 ] [ 21 ] мочеполовые органы, [ 7 ] [ 11 ] [ 22 ] кожа, [ 7 ] [ 23 ] лимфатические узлы, [ 7 ] молочные железы, [ 7 ] легкие, [ 7 ] глаза, [ 7 ] опухоль [ 7 ] [ 11 ] и жировой ткани. [ 7 ] [ 11 ] Очистка всего тела встречается реже, но проводится у более мелких животных, включая грызунов. [ 1 ] [ 6 ] [ 7 ] Очистка тканей также применялась к раковым тканям человека. [ 24 ] [ 25 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С Чжао Дж., Лай Х.М., Ци Ю, Хэ Д., Сунь Х. (январь 2021 г.). «Текущий статус очистки тканей и путь вперед в неврологии». ACS Химическая нейронаука . 12 (1): 5–29. дои : 10.1021/acschemneuro.0c00563 . ПМИД 33326739 . S2CID 229300600 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Уэда Х.Р., Додт Х.У., Остен П., Экономо М.Н., Чандрашекар Дж., Келлер П.Дж. (май 2020 г.). «Профилирование клеток и цепей всего мозга у млекопитающих с помощью очистки тканей и световой микроскопии» . Нейрон . 106 (3): 369–387. дои : 10.1016/j.neuron.2020.03.004 . ПМК 7213014 . ПМИД 32380050 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Вигуру Р.Ж., Белль М., Чедоталь А. (июль 2017 г.). «Нейронаука в третьем измерении: пролить новый свет на мозг с помощью очистки тканей» . Молекулярный мозг . 10 (1): 33. дои : 10.1186/s13041-017-0314-y . ПМК 5520295 . ПМИД 28728585 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Портер Д.Д., Мортон П.Д. (январь 2020 г.). «Техники очистки для визуализации нервной системы в развитии, травмах и заболеваниях» . Журнал методов нейробиологии . 334 : 108594. doi : 10.1016/j.jneumeth.2020.108594 . ПМЦ 10674098 . ПМИД 31945400 . S2CID 210430342 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Тянь Т, Ли Икс (ноябрь 2020 г.). «Применение очистки тканей спинного мозга». Европейский журнал неврологии . 52 (9): 4019–4036. дои : 10.1111/ejn.14938 . ПМИД 32794596 . S2CID 221121163 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Уэда Х.Р., Эртюрк А., Чунг К., Градинару В., Чедоталь А., Томанчак П., Келлер П.Дж. (февраль 2020 г.). «Очищение тканей и его применение в нейробиологии» . Обзоры природы. Нейронаука . 21 (2): 61–79. дои : 10.1038/s41583-019-0250-1 . ПМК 8121164 . ПМИД 31896771 . S2CID 209528204 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Гомес-Гавиро М.В., Сандерсон Д., Риполь Дж., Деско М. (август 2020 г.). «Биомедицинское применение очистки тканей и трехмерной визуализации в здравоохранении и заболеваниях» . iScience . 23 (8): 101432. Бибкод : 2020iSci...23j1432G . дои : 10.1016/j.isci.2020.101432 . ПМЦ 7452225 . ПМИД 32805648 .
- ^ Jump up to: а б с д и Азарипур А., Лагервей Т., Шарфбиллиг С., Ядчак А.Е., Виллерсхаузен Б., Ван Ноорден С.Дж. (август 2016 г.). «Обзор методов очистки для трехмерной визуализации тканей с особым упором на соединительную ткань» . Прогресс в гистохимии и цитохимии . 51 (2): 9–23. дои : 10.1016/j.proghi.2016.04.001 . ПМИД 27142295 .
- ^ Спальтхольц В. (1914). О прозрачности образцов человека и животных и теоретических условиях этого с приложением: О окрашивании костей . Лейпциг: С. Хирцель.
- ^ Тучин В.В., Максимова И.Л., Зимняков Д.А., Кон И.Л., Мавлютов А.Х., Мишин А.А. (октябрь 1997 г.). «Распространение света в тканях с контролируемыми оптическими свойствами» . Журнал биомедицинской оптики . 2 (4): 401–17. Бибкод : 1997JBO.....2..401T . дои : 10.1117/12.281502 . ПМИД 23014964 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Тянь Т, Ян Цз, Ли Икс (февраль 2021 г.). «Техника очистки тканей: последние достижения и биомедицинские применения» . Журнал анатомии . 238 (2): 489–507. дои : 10.1111/joa.13309 . ПМЦ 7812135 . ПМИД 32939792 .
- ^ Jump up to: а б с д и Цзин Д., Йи Ю, Луо В., Чжан С., Юань Ц., Ван Дж. и др. (июнь 2019 г.). «Очистка тканей и ее применение к костным и зубным тканям» . Журнал стоматологических исследований . 98 (6): 621–631. дои : 10.1177/0022034519844510 . ПМК 6535919 . ПМИД 31009584 .
- ^ Jump up to: а б с д и Уотсон AM, Уоткинс SC (июль 2019 г.). «Массивная объемная визуализация очищенной ткани: необходимые инструменты для успеха». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 112 : 76–78. doi : 10.1016/j.biocel.2019.05.007 . ПМИД 31085331 . S2CID 155088859 .
- ^ Кумар В., Кролевски Д.М., Хебда-Бауэр Е.К., Парсегян А., Мартин Б., Фольц М. и др. (март 2021 г.). «Оптимизация и оценка цепной реакции флуоресценции in situ гибридизации в очищенных свежезамороженных тканях мозга» . Структура и функции мозга . 226 (2): 481–499. дои : 10.1007/s00429-020-02194-4 . ПМЦ 7962668 . ПМИД 33386994 .
- ^ Дай З, Сунь Ю, Чжао Х, Пу Х (июнь 2020 г.). «Новые методы визуализации и связанные с ними методы исследования заболеваний центральной нервной системы: обзор». Исследования клеток и тканей . 380 (3): 415–424. дои : 10.1007/s00441-020-03183-z . ПМИД 32072308 . S2CID 211170939 .
- ^ Гринбаум А., Чан К.Ю., Добрева Т., Браун Д., Балани Д.Х., Бойс Р. и др. (апрель 2017 г.). «ЯСНОСТЬ КОСТИ: Очистка, визуализация и компьютерный анализ остеопрогениторов в неповрежденном костном мозге». Наука трансляционной медицины . 9 (387): eaah6518. doi : 10.1126/scitranslmed.aah6518 . ПМИД 28446689 . S2CID 8799170 .
- ^ Тревик Дж.Б., Берес А., Джонсон Н., Гринбаум А. (2021). «Фенотипирование интактных костей мыши с использованием Bone CLARITY». В Хилтоне MJ (ред.). Развитие и восстановление скелета . Методы молекулярной биологии. Том. 2230. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer US. стр. 217–230. дои : 10.1007/978-1-0716-1028-2_13 . ISBN 978-1-0716-1028-2 . ПМИД 33197017 . S2CID 226988513 .
- ^ Jump up to: а б Ван Х.М., Хорадмехр А., Тамадон А., Велес Е., Набипур И., Джокар Н. и др. (март 2020 г.). «Визуализация мышц и костей от стола до кровати». Европейский обзор медицинских и фармакологических наук . 24 (6): 3254–3266. дои : 10.26355/eurrev_202003_20693 . ПМИД 32271443 . S2CID 215602325 .
- ^ Ли Ю, Сюй Дж, Чжу Дж, Ю Т, Чжу Д (январь 2020 г.). «Трехмерная визуализация внутримышечной иннервации интактных скелетных мышц взрослого человека модифицированным методом iDISCO» . Нейрофотоника . 7 (1): 015003. doi : 10.1117/1.NPh.7.1.015003 . ПМК 6977403 . ПМИД 32016132 .
- ^ Олианти С., Костантини И., Джардини Ф., Лаццери Е., Крочини С., Феррантини С. и др. (август 2020 г.). «3D-визуализация и морфометрия капиллярной системы сердца у крыс со спонтанной гипертензией и контрольной группы с нормальным давлением» . Научные отчеты . 10 (1): 14276. Бибкод : 2020NatSR..1014276O . дои : 10.1038/s41598-020-71174-9 . ПМЦ 7459314 . ПМИД 32868776 .
- ^ Лю С.И., Polk DB (июль 2020 г.). «Клеточные карты органов желудочно-кишечного тракта: максимально эффективное очищение тканей» . Американский журнал физиологии. Физиология желудочно-кишечного тракта и печени . 319 (1): G1–G10. дои : 10.1152/ajpgi.00075.2020 . ПМЦ 7468759 . ПМИД 32421359 .
- ^ Исааксон Д., Маккриди Д., Калверт М., Шен Дж., Синклер А., Цао М. и др. (01.01.2020). «Визуализация развивающихся внешних и внутренних мочеполовых органов человека с помощью световой листовой флуоресцентной микроскопии» . Дифференциация; Исследования биологического разнообразия . 111 : 12–21. doi : 10.1016/j.diff.2019.09.006 . ПМИД 31634681 . S2CID 204833112 .
- ^ Фернандес Э., Марулл-Туфеу С (сентябрь 2019 г.). «3D-изображение микроморфологии эпидермиса человека путем сочетания флуоресцентного красителя, оптического просветления и конфокальной микроскопии». Исследования кожи и технологии . 25 (5): 735–742. дои : 10.1111/srt.12710 . ПМИД 31074525 . S2CID 149445451 .
- ^ Танака Н, Канатани С, Томер Р, Салгрен С, Кронквист П, Качиньска Д, Лоухивуори Л, Кис Л, Линд С, Митура П, Степулак А, Корвиньо С, Хартман Дж, Мике П, Межеевский А, Стрелл С, Карлсон Дж.В. , Фернандес Моро К , Дальстранд Х , Остман А , Мацумото К , Виклунд П., Оя М., Миякава А., Дейссерот К., Улен П. (октябрь 2017 г.). «Фенотипирование трехмерных опухолей с помощью биопсии всей ткани выявляет закономерности гетерогенности рака». Природная биомедицинская инженерия . 1 (10): 796–806. дои : 10.1038/ s41551-017-0139-0 ПМИД 31015588 . S2CID 256713371 .
- ^ Танака Н , Канатани С , Качиньска Д , Фукумото К , Лоухивуори Л , Мизутани Т , Коппер О , Кронквист П , Робертсон С , Линд С , Кис Л , Пронк Р , Нива Н , Мацумото К , Оя М , Миякава А , Фальк А , Хартман Дж., Салгрен С., Клеверс Х., Улен П. (сентябрь 2020 г.). «Трехмерная визуализация одиночных клеток для анализа экспрессии РНК и белков в биопсиях интактных опухолей». Природная биомедицинская инженерия . 4 (9): 875–888. дои : 10.1038/s41551-020-0576-z . ПМИД 32601394 . S2CID 256704785 .