麻省理工学院制作组织 - 如人脑 - 可拉伸，可压缩，几乎坚不可摧

一种称为弹性的新技术将组织（如这种人脑板）变换为使它们可逆地拉伸或可压缩，以及更耐用的更耐用。这允许它们重复延伸或压低薄，以便更快地输注标记探针，该实验室用于在显微镜下突出显示细胞或分子。

称为弹性的化学过程允许将探头更快地注入探针，并使样品足够坚韧以重复处理。

当有一个烦恼的问题来解决时，人们有时会提供隐喻的建议，如“伸展心灵”或从事“灵活性”的思维，但在面临许多生物医学研究实验室面临的问题上，一支麻省理工学院研究人员设计了一个解决方案是更多的文字。为了使脑和其他大组织中的成像细胞和分子更容易，同时也使样品足够坚韧，需要在实验室中处理多年，它们提出了一种使组织可伸展，可压缩，并且非常坚固的化学过程。

“Elast”技术在自然方法中的一篇新论文中描述，为科学家提供了一种非常快的方式来荧光荧光的细胞，蛋白质，遗传物质和其他分子在脑中，肾脏，肺，心脏和其他器官。那就是因为当这些组织可以被拉出或被压下薄，标记探针可以更快地注入它们。纸质中的几个演示表明，即使在重复扩展或压缩以加速标签后，除新标签外，组织均跳回其原始形式。

化学工程副教授Kwanghun Chung实验室和麻省理工学院医学工程与科学研究所和学院学习和记忆研究所，开发了一个五年项目，由国家卫生研究院资助，制作整个人类大脑的最全面的地图。这需要能够在最厚的板坯中标记和扫描每个细胞和分子细节以保持3D结构。这也意味着实验室必须能够保持样本完全完好无损多年，即使它们必须快速有效地完成众多唯一的标签。每一轮标记 - 也许是一天的特定神经元，或者接下来的关键蛋白质 - 将告诉他们一些关于大脑如何构造的东西以及它是如何工作的。

“当人们捐献他们的大脑时，就像他们正在捐出一个图书馆，”钟说。“每个人都包含一个值的信息。您无法同时访问图书馆中的所有书籍。我们必须多次能够访问库而不损坏它。这些大脑中的每一个都是一个极其珍贵的资源。“

前实验室Postdoc Taeyun Ku，现在是韩国先进科学与技术研究所的助理教授，是该研究的主要作者。他说，与人类组织一起使用的特殊难度，当然是比小鼠这样的实验室动物更大的困难，激励他采取这种新的工程方法。在2017年圣诞节左右的实验室里末期，他仔细考虑了如何改变组织以便更快地标记，并开始修补弹性凝胶的重复压缩。

“我们改变了我们的思维方式：生物组织不需要非常生物学，“Ku说。“如果我们的目标不是形象生活事件，而是对图像出现，我们可以在保持外表的同时改变组织的材料类型。我们的工作表明，大脑的高级工程如何使我们能够更好地研究大脑内部。“

该团队对工程师Elast的努力降低了寻找称为聚丙烯酰胺的凝胶样化学品的正确配方。在过去，仲静脉使用了不同配方中的物质与交联化学品，使组织强劲但相当脆，这是一个化学工程研究生。当配方注入组织时，细胞和分子将直接附着在网格状网上。

在新的配方中，该团队使用高浓度的丙烯酰胺，交联剂和引发剂得多。结果是长聚合物链的缠结，具有能够渗透的链接，使凝胶是结构完整性，但具有更大的灵活性。此外，不仅仅是附着在链子上，组织的细胞和分子在其内部变得缠结，进一步加入丙烯酰胺注入组织承受伸展或挤压而没有任何变得撕裂或永久移位的能力。过程。

在研究中，团队报告将人或小鼠脑组织延伸到其宽度和长度的两倍，或者在返回其规则尺寸后几乎没有变形，或者在几乎没有变形之后将其厚度压缩10倍。

“这些结果表明，弹性能够在保持组织中的结构和分子信息的同时实现完全可逆的组织形状转换，”他们写道。

将聚丙烯酰胺完全整合到大量组织中以实现弹性可以服用长达21天，但从那时起，从那时起，任何扫入标记步骤，如标记特定种类的细胞以确定其丰度，或者特定的蛋白质看到它的表达，可以比以前的方法更快地进行。

在一种情况下，通过反复压缩人脑的5微米厚的横截面，该团队只需要24小时才能通过这一切地标记。对于比较，回到2013年，当钟和同事们首次亮相“清晰度”时，一种使脑组织透明并用丙烯酰胺凝胶将其固定的方法，它们需要24小时才能将切片标记为厚的十分之一。由于通过平衡探测器必须渗透的深度来估计标记时间，所以用弹性的计算表明标记比清晰度快100倍。

钟通说，虽然钟的实验室大多专注于大脑，但对其他器官的适用性可以帮助其他细胞映射努力。他补充说，即使标记组织根本不是一个目标，具有易于制作耐用的弹性凝胶，可以具有其他应用，例如创造软机器人。Chung的网站提供了更多关于Elast的资源。

除了KU，GUAN和Chung之外，本文的其他作者是Nicholas Evans，Chang Ho Sohn，Alexandre Albanese，Joon-Goon Kim和Matthew Frosch，Massachusetts综合医院和哈佛大学医学院教授。

参考：“可逆形状转化和加速分子标记的弹性组织”由Taeyun Ku，韦伯斯·何国，尼古拉斯B.埃文斯，张浩Sohn，Alexandre Albanese，Joon-Goon Kim，Matthew P.Frosch和Kwanghun Chung，195年5月18日，自然方法.doi：
10.1038 / s41592-020-0823-y

该工作的资金来自包括JPB基金会，国家卫生研究院，NCSoft文化基金会，Searle学者计划，Packard科学和工程奖，Narsad年轻调查员奖和McKnight Foundation Technology奖。