Японские ученые создали прозрачных мышей
Исследователи из Центра количественной биологии RIKEN в Японии совместно с коллегами из Токийского университета разработали метод, сочетающий обесцвечивание тканей и флуоресцентную микроскопию светового листа. Он позволяет получать детальные изображения внутренней структуры отдельных органов и даже целых организмов. Работа, опубликованная в Cell, открывает новые возможности для понимания принципов жизни — конечной цели системной биологии — позволяя делать ткани и целые организмы прозрачными и визуализировать их с точностью до отдельной клетки.
Для этого группа под руководством Хироки Уэды использовала ранее разработанный метод CUBIC (Clear, Unobstructed Brain Imaging Cocktails and Computational Analysis), применявшийся для визуализации целого мозга. Хотя мозговая ткань богата липидами и хорошо поддается очистке, другие части тела содержат светопоглощающие молекулы — хромофоры. Один из них, гем (часть гемоглобина), присутствует в большинстве тканей и блокирует свет. Ученые сосредоточились на этой проблеме и неожиданно обнаружили, что аминоспирты в составе реагента CUBIC могут вымывать гем из гемоглобина, что делает другие органы значительно более прозрачными.
С помощью этого метода были получены изображения мозга, сердца, легких, почек и печени мышей. Метод успешно применили и на детенышах, и на взрослых особях, во всех случаях получая прозрачные ткани. Для создания 3D-изображений органов использовалась флуоресцентная микроскопия светового листа, которая позволяет получать "срезы" тканей без физического разрезания. Чтобы проверить практическую ценность метода, ученые сравнили поджелудочные железы диабетических и здоровых мышей и обнаружили четкие различия в островках Лангерганса — структурах, производящих инсулин.
Хотя метод неприменим к живым организмам, поскольку требует фиксации тканей реагентами, он может быть крайне полезен для понимания трехмерной структуры органов и экспрессии генов в различных тканях. Как отметил первый автор статьи Кадзуки Таинака: "Мы были очень удивлены, что все тело детенышей и взрослых мышей можно сделать почти прозрачным с помощью прямой транскардиальной перфузии CUBIC и двухнедельного протокола очистки. Это позволило нам увидеть клеточные сети внутри тканей, что является одной из фундаментальных задач биологии и медицины".
По словам руководителя исследования Хироки Уэды, новый метод может использоваться для 3D-патологии, анатомических исследований и иммуногистохимии целых организмов. Например, с его помощью можно изучать эмбриональное развитие или механизмы развития рака и аутоиммунных заболеваний на клеточном уровне, что приведет к лучшему пониманию этих болезней и, возможно, к новым терапевтическим стратегиям. Это может приблизить реализацию великой мечты — системной биологии на уровне организма, основанной на визуализации всего тела с разрешением на уровне одной клетки.
Несмотря на важность открытия, впереди еще много работы. В будущем группа планирует усовершенствовать метод микроскопии для быстрой визуализации целых тел взрослых мышей или более крупных образцов (например, человеческого мозга), а также применить эту технологию для углубления понимания аутоиммунных и психических заболеваний.