當有一個棘手的問題需要解決時，人們有時會提供一些隱喻性的建議，例如“延伸下思維”或進行“靈活”的思考。較真一下：難道大腦可以進行延伸？
來自麻省理工學院的Kwanghun Chung等人表示讓大腦延伸真的有可能！他們設(shè)計了一種更直截了當?shù)慕鉀Q方案，來解決許多生物醫(yī)學研究實驗室所面臨的問題——組織（如大腦）切片保存和成像。
圖自pixabay
該課題組為了使大腦和其他大型組織中的細胞和分子成像更容易，同時又使樣品足夠堅韌，可以在實驗室中進行多年的處理，他們提出了一種化學過程，使組織具有可拉伸性、可壓縮性和幾乎不可摧毀性。
具體而言，Kwanghun Chung課題組開發(fā)了一種叫做纏結(jié)連接增強可拉伸組織水凝膠（entangled link-augmented stretchable tissue-hydrogel ，ELAST）技術(shù)，該技術(shù)可將組織轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥运z，可同時增強大分子的可及性和機械穩(wěn)定性。彈性組織具有高度的可拉伸性和可壓縮性，可實現(xiàn)可逆的形狀轉(zhuǎn)換，并通過機械變薄將探針更快地遞送到完整的組織樣本中，可非常快速地用熒光標記大腦，腎臟，肺，心臟和其他器官內(nèi)的細胞，蛋白質(zhì)，遺傳物質(zhì)和其他分子。相關(guān)成果發(fā)表在Nature Methods上。
破除常規(guī)
在研究組織結(jié)構(gòu)時，通常需要反復對組織進行成像，非常的耗時，這時候組織能否保存完整還是個問題，而且像人體組織這種稀缺資源更需要珍惜每一個組織，研究關(guān)鍵幾種蛋白或神經(jīng)元時，就對組織進行反復染色和觀察而不能破壞它。那么能不能把組織變成材料化呢？
于是他們轉(zhuǎn)換思維方式，認為：生物組織不需要非常具有生物性。只要研究的不是活生生的東西，而是研究它的外觀，那么就可以在保持外觀的同時改變組織的材料類型。
具體思路
研究人員發(fā)現(xiàn)高濃度（20-60%（wt/vol））的丙烯酰胺（AAm）可以在一步合成中單獨聚合形成彈性水凝膠。使用低濃度的熱引發(fā)劑和交聯(lián)劑來合成在高聚物密度環(huán)境下自然相互纏結(jié)的長聚合物鏈。
與典型的由高濃度交聯(lián)劑共價連接的pAAm凝膠相比（圖1a），纏結(jié)的pAAm凝膠是通過生長的聚合物鏈之間的物理光滑纏結(jié)形成的（圖1b）。這種滑移鏈賦予了纏結(jié)的凝膠以柔韌性和彈性。該纏結(jié)pAAm凝膠對物理應力（如九倍壓縮和十倍拉伸）表現(xiàn)出穩(wěn)定性，而不會在組織中造成任何撕裂或永久移位。
圖1. ELAST示意圖
研究表明，將聚丙烯酰胺完全整合到大量組織中以達到彈性可能需要長達21天的時間，但從那時起，任何單獨的標記步驟，例如標記特定種類的細胞以確定其豐度，或標記特定蛋白質(zhì)以查看其表達位置，比以前的方法快得多。
舉個栗子：
通過反復壓縮人腦的5毫米厚的橫截面，該團隊只需24小時就可以完全標記上了。與2013年Chung（第一作者）等人發(fā)表在Nature上 “CLARITY”（一種使腦組織透明并用丙烯酰胺凝膠固定的方法）進行比較，CLARITY技術(shù)在24小時之內(nèi)只完成了該切片的四分之一的標記工作。由于標記時間是通過平方探針必須穿透的深度來估算的，因此計算表明，使用ELAST進行標記的速度比使用CLARITY進行速度快100倍。
圖|組織標本的機械增強和可逆形狀轉(zhuǎn)換
小結(jié)：
研究人員預計，ELAST通過同時克服兩個主要瓶頸：緩慢的分子標記和低組織完整性，加速了組織表型方法向更大的系統(tǒng)擴展。例如，人體器官切片的橫向尺寸比嚙齒動物器官切片的橫向尺寸大一個數(shù)量級，這使得人體標本比具有相同厚度的動物組織更容易受到機械損傷。ELAST不僅能將組織轉(zhuǎn)變成一個幾乎不可摧毀的平臺，還能以更快的速度標記較厚的組織。加上該方法的多功能性和簡單性，ELAST將有助于研究更高級的動物模型和臨床人體樣本。
參考文獻：
Ku,T., et al. Elasticizing tissues for reversible shape transformation andaccelerated molecular labeling. Nat Methods (2020).
https://doi.org/10.1038/s41592-020-0823-y
