2010中国光学:显微光学切片断层成像获取小鼠全脑高分辨率图谱
2011-05-31

      华中科技大学骆清铭教授等(Science, 2010, 330, 1404-1408)在国际上率先建立并实现了可对厘米量级样本进行亚微米水平精细结构进行三维成像的技术和方法,同时也研制了具有知识产权的显微光学切片层析成像系统。

      他们通过显微光学切片层析成像系统,对小鼠脑进行连续242 h切削成像,获得了总数据量为8TB、15380层、分辨率为0.3 μm×0.3 μm的冠状断面图像,建立了国际上同一只小鼠神经突起水平的全脑显微结构图谱,是目前国际上分辨率最高的鼠脑神经突起水平三维结构数据集。与国际同行的研究相比,其创新性工作主要体现在以下3个方面,即高分辨光学成像工作机理、切削刀具与切削方式以及获取完整鼠脑神经突起水平的高分辨三维结构数据集。

      在该文网络发表的次日,《科学》杂志“每周新闻”刊发了专题评论。该评论指出,脑神经网络连接非常重要,为了在神经细胞通路水平明确脑疾病的发生发展机制,科学家们需要更加精细的脑结构图谱。波士顿大学助理教授Jason Bohland认为,很多复杂的大脑疾病如自闭症或精神分裂症等,均可能是由大脑中连接通路出现问题所致,有关社会行为或语言功能障碍等也很有可能是由神经细胞之间的连结通路紊乱所引起。因此,该项研究提供的神经细胞突起水平的高分辨三维结构数据集及其显微光学切片层析成像系统将会为未来的研究提供重要基础。

      评论认为,虽然近期国际上也有其他的脑图谱工作,但都不具备足够的成像分辨率,无法在全脑范围观察到连接所有神经细胞的轴突和树突。他们为了完成这个艰巨的任务,应用传统的切片扫描技术并发展成为一种全新的自动模式,同时将厘米大小的脑从小鼠体内取出,先浸泡在染料中进行长达六个月细胞染色,然后脱水和包埋,之后再将制备好的鼠脑安装在自主研发的显微光学切片层析成像仪器上进行切片和成像,连续不间断地进行了10天的整个图像采集,最终获取了一个总数据量为8TB的小鼠全脑图谱。

      该项研究成果对于进一步研究神经系统功能、理解神经细胞网络连接、明确和治疗神经系统疾病等方面均有重要意义,同时也为上述科学研究提供了一个新的观察手段。

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