科技前沿

孙飞等团队在生物样品体显微学技术领域取得新突破

日期:2021-09-08  浏览次数:511

来源:大屯路15号

92日,Communications Biology杂志在线发表了由中科院生物物理所蛋白质科学研究平台生物成像中心(以下简称“成像中心”)、丹麦奥胡斯大学、中科院中丹学院共同合作的技术创新成果Cellular 3D-reconstruction and analysis in human cerebral cortex using automatic serial sections。该工作在2017年开发的连续超薄切片扫描电镜成像技术(AutoCUTS-SEMJournal Structural Biology, 201720087-96)基础上,又建立了一种基于连续半薄切片自动收集的光学显微成像(automatic collector of serialsections for Light microscopyAutoCUTS-LM)三维重构新技术,并通过该技术对储存的人类大脑皮层组织中的锥体细胞进行了三维重构分析。

细胞和组织结构的三维重建技术分析可以更好地有助于研究者理解结构和功能之间的关系。然而受某些技术条件所限,目前对许多生物系统特别是较大尺度的生物组织来说,该技术的应用仍然有限。本研究开发的技术流程包括:先进的采样方法获取人类大脑皮层组织[xb21cn1] 1mm3)、自动采集连续切片,建立组织的光学显微图像库,3D组织重建和高级分析。其中光学显微成像对切片的平整性,收集带的透光度、染色强度等要求较高。连续半薄切片极其容易出现褶皱,从而影响图像质量。为了解决这个难题,本研究系统比较了不同的切片厚度、切片速度、环境温度和湿度、收集带材质及亲水化处理条件、收集带粘贴方式等因素对切片平整度的影响;比较了染色液的浓度、染色时间、温度、方式等对图像衬度的影响。最终,本研究利用此技术实现了对数十个大脑皮层组织(1mm3)的三维结构分析,并发现其中的锥体细胞排列成柱状的三维结构。

本研究中开发的AutoCUTS-LM与之前的AutoCUTS-SEM 技术相比,自动收集连续切片及其图像数据的周期大幅缩短,研究成本也显著降低,可更容易地研究尺度更大的生物样品,大大降低了生物样品三维重构的技术门槛。[xb21cn2] 此外,该技术还可以对发育生物学和病理学中的其它细胞或结构进行充分鉴定。


AutoCUTS-LM技术流程

孙飞研究员与奥胡斯大学的JensR. Nyengaard共同指导了此项工作,奥胡斯大学及中丹学院的Nick Y. Larsen为本文的第一作者。成像中心的多位工程师李喜霞博士、季刚博士及工程师助理谭雪珂在样品制备、连续切片自动收集、图像采集等方面为本研究工作做出了实质性贡献。

该研究获得国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究项目等基金的资助。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s42003-021-02548-6