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瀏覽次數(shù):5420 發(fā)布日期:2021-8-23
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近年來組織透明化方法發(fā)展得如火如荼,目前組織透明化方法有油性,基于水凝膠和水性的組織透明化方法。其中油性組織透明化方法主要有BABB, 3DISCO, uDISCO,F(xiàn)DISCO和 PEGASOS等,基于水凝膠的透明化方法有CLARITY和SHIELD,水性組織透明化方法有CLearT/CLearT2,SeeDB, FRUIT, Scale和CUBIC等方法。亂花漸欲迷人眼,面對種類如此繁多的透明化方法,我們又該如何選擇呢?那么就讓我們一起來看看每種透明化方法有什么優(yōu)缺點吧!
1. 油性組織透明化方法
油性組織透明化技術(shù)主要是應(yīng)用含有高折射率介質(zhì)的光學(xué)透明劑取代組織中水分和脂質(zhì)來平衡組織折射率,使組織達(dá)到光學(xué)透明。油性組織透明化方法具有較強的透明化效果,但是組織中的熒光蛋白容易被破壞,信號保存度低。
BABB透明化方法采用梯度濃度的乙醇對生物樣本進行脫水,隨后用BABB試劑匹配組織的折射率。該方法是一種快速且透明性好的生物組織透明化方法,能夠充分的透明胚胎和幼鼠的腦,但是乙醇脫水會導(dǎo)致內(nèi)源性熒光蛋白淬滅,因而限制了該方法在含轉(zhuǎn)基因熒光蛋白的組織樣品中使用。為了解決這一問題,采用四氫呋喃代替乙醇脫水,同時應(yīng)用二芐醚(DBE)替代BABB提高透明效率,開發(fā)出了基于四氫呋喃和DBE的新型透明化方法3DISCO。3DISCO能夠快速透明多種器官組織,包括小鼠大腦,肺臟,腫瘤及人類胚胎等,并有效延長了熒光蛋白的表達(dá)時間。雖然3DISCO能夠保護內(nèi)源性熒光蛋白,但是DBE的降解產(chǎn)物如過氧化物或醛類物質(zhì),會對熒光蛋白產(chǎn)生有害干擾,使熒光蛋白信號僅能維持幾天。為了更有效的保存內(nèi)源性熒光蛋白,一種基于二苯醚(DPE)的透明化技術(shù)uDISCO,可以高效透明嚙齒類動物及臨床人類標(biāo)本,有效保存熒光蛋白信號長達(dá)數(shù)月,但是對于綠色熒光蛋白表達(dá)水平較低的樣品,該方法保存熒光蛋白信號的能力并不理想。a-uDISCO是在uDISCO的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的,通過調(diào)整PH值從而提高了樣本的信號強度和穩(wěn)定性。但是uDISCO和a-uDISCO對色素含量較高及硬組織的透明效果欠佳。為了提高透明效果,一種基于聚乙二醇(PEG)的新型全組織透明技術(shù)PEGASOS被開發(fā),該方法脫鈣,脫色,脫水,脫脂等優(yōu)化處理,首次實現(xiàn)了對動物軟、硬組織的同時透明化。雖然PEGASOS具有較好的透明化效果,也適用于生物體不同類型的組織。然而此類方法也存在透明試劑毒性較大,易溶解物鏡結(jié)構(gòu)中的粘合劑、操作步驟繁瑣,組織脫水收縮等不足之處。
油性組織透明化方法能夠快速高效透明多種樣本組織,但是油性試劑透明會導(dǎo)致樣本皺縮,對組織結(jié)構(gòu)和蛋白具有潛在的破壞性,且所使用試劑具有一定的毒性和腐蝕性,限制了油性透明化方法的廣泛應(yīng)用。
2. 水性組織透明化方法
由于油性透明化存在的諸多缺點和局限性導(dǎo)致水性透明化方法應(yīng)運而生。水性透明化與油性透明化方法的最大區(qū)別在于選擇的生化試劑是否有強親水性。由于組織中熒光蛋白分子上帶有親水基團,與油性溶劑相比親水溶劑更有利于熒光蛋白信號的保存。更適用于自帶熒光的組織樣本的透明化。親水性試劑透明主要包括:單純浸泡透明和高水化脫脂透明。
浸泡型透明化技術(shù)是將樣品浸泡在高折射率溶液中利用滲透壓使組織逐漸透明化,該方法不去除脂質(zhì),利用高折射率溶液替換組織內(nèi)外的液體,以平衡折射率,浸泡型透明化方法常適用于較小樣本的透明化處理。ClearT是基于甲酰胺的浸泡型透明化方法,該方法透明速度快,成像效果好,但會使組織略微膨脹,且會使樣本熒光信號淬滅。PEG可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象,繼而發(fā)展了可保留熒光蛋白的ClearT2的透明化技術(shù),但該方法透明度比clearT低,透明化能力受限。SeeDB技術(shù)以果糖和硫代甘油為主要成分。能在幾天內(nèi)將樣本透明化,且體積變化小,并可以與親脂性染料兼容。但該方法因果糖黏度大導(dǎo)致在組織內(nèi)的滲透性較低。由于SeeDB黏度極高,在SeeDB基礎(chǔ)上衍生了FRUIT透明化方法,該方法選擇尿素作為試劑中另一成分,降低了果糖黏度,大大提高試劑流動性和滲透性,加速了試劑在組織中的擴散速率。雖然浸泡型透明化操作比較簡單方便,但浸泡型透明化方法不能去除脂質(zhì),因此通過該方法處理的樣本透明度有限。
去除樣本的脂質(zhì)可以顯著提高透明化的效率和質(zhì)量,胺基醇類和去垢劑類物質(zhì)如SDS、Triton X-100可以有效去除脂類物質(zhì)。水化法通過在透明化過程中去除脂質(zhì)后,利用水化作用降低樣本折射率進而實現(xiàn)組織透明化。由于尿素具有很強的水化能力,Scale透明化技術(shù)就是基于尿素水化作用的一種透明化方法,該方法可保留熒光信號,但該方法操作時間較長,且易導(dǎo)致組織破碎。CUBIC在Scale技術(shù)之上添加了胺基醇,可以清除血紅素使組織脫色,提高透明化水平。UbasM也是一種基于尿素,葡甲胺和糖類的透明化方法,透明速度快,熒光信號保護較好且膜脂完整的一種透明化方法,可對厘米尺度的樣品進行透明和三維成像。
3. 水凝膠組織透明化方法
去垢劑可以高效的去除樣本中的脂類物質(zhì),但是高濃度的去垢劑處理樣本可能會使樣本發(fā)生形變。通過將樣本包埋在水凝膠中,使水凝膠與樣本中的蛋白質(zhì)和核酸分子形成共價連接便可固定和保護細(xì)胞結(jié)構(gòu),再將樣本置于透明化試劑中即可避免樣本發(fā)生這種形變。CLARITY透明化方法利用凝膠包埋樣本,并利用電場力去除樣本的脂質(zhì)從而使樣本快速透明。SHIELD透明化方法通過環(huán)氧化合物P3PE固定組織實現(xiàn)蛋白的保護,之后使用SDS進行被動或主動除脂。
油性透明化方法透明的樣本透明度高,速度快,能適用于多種組織和器官。但是油性方法所使用的試劑大多毒性較強,并且容易淬滅內(nèi)源性熒光蛋白的信號,不能和細(xì)胞膜上親脂染料相兼容,樣本會有明顯收縮,組織或器官內(nèi)部精確三維結(jié)構(gòu)丟失。水性透明化方法雖然可以部分解決熒光蛋白易淬滅的問題,但是也存在透明時間長,透明能力低的缺點。水凝膠透明化方法操作過程復(fù)雜,且需要一定的設(shè)備。
面對種類如此繁多的透明化方法,我們該如何進行選擇呢?
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