骨科学领域组织透明化技术的应用与展望

背景:骨组织作为高度矿化且结构复杂的结缔组织,在维持生物体形态和功能中扮演关键角色,传统的成像技术难以满足对其深入观察的需求。组织透明化技术的出现使得研究者能够更加清晰地观察到骨内的细微结构,如骨小梁、骨髓腔以及与骨组织相互作用的神经和血管网络,为骨科学的研究和临床应用开辟了新的视角。目的:旨在全面梳理组织透明化技术在骨科学领域的应用,并探讨其在骨组织结构与功能研究、疾病机制解析以及治疗策略创新中的潜力,同时对其创新点进行展望。方法:检索覆盖中国知网和PubMed数据库,英文检索词为“tissue clearing,tissue optical,bone”等,中文检索词为“组织透明化、骨、骨缺损”等,结合布尔逻辑以优化检索策略。纳入与组织透明化技术和骨科学研究直接相关的期刊论文和学位论文,排除关联性不强、重复或数据不完整的文献。最终纳入82篇文献进行分析,关注点包括透明化技术的效能、应用范围及对骨科学研究的贡献。结果与结论:①组织透明化技术在骨结构分析、骨代谢研究、骨肿瘤的病理学特征、骨折愈合过程、骨感染的机制研究以及骨移植和植入物材料的生物相容性评价等多个领域均展现出其独特的应用优势;②该技术的应用不仅加速了骨科学领域的基础研究进展,也为临床治疗提供了新的策略和方法,其在骨科学研究领域具有广阔的应用前景。

基于灌注系统对CUBIC组织透明化技术的优化

目的为了缩短清晰无障碍脑成像鸡尾酒和计算分析(CUBIC)技术的透明时间,提高透明效率,探索亲水性组织透明技术应用的可能性,本研究对CUBIC技术进行灌注优化后,与4种亲水性透明化方法在组织透明效果、透明时间、面积变化、体积变化及腺相关病毒(AAV)荧光保留情况等方面进行了比较。方法取6只成年美国癌症研究所(ICR)小鼠的脑、肝、脾和肾分别采用SeeDB、FRUIT、ScaleS、CUBIC的方法进行透明化处理,使用Image J 1.8.0测算样本的面积和灰度值,排水法测量透明前后体积,比较各组的透明效果、时间以及大小变形。通过改进灌注速率与最佳灌注剂量对CUBIC技术进行灌注优化,每组实验样本量为6。另在16只成年小鼠的大脑运动皮层定位注射AAV,4周后取其颈髓节段透明化处理,荧光照片经过ImageJ1.8.0测量平均荧光强度,评估不同技术的荧光保存情况。结果灌注CUBIC的最佳灌注速率和灌注剂量分别是15 ml/min和200 ml。对于透明能力和速度,灌注CUBIC技术的平均灰度值最低且用时最短,而CUBIC消耗的时间最长,SeeDB、FRUIT、ScaleS并没有显示出良好的透明能力。在面积和体积变化方面,几种技术对组织或器官透明后均有不同程度的膨胀。在荧光保留方面,灌注CUBIC对绿色荧光蛋白(GFP)荧光信号的保留效果最好,其次是CUBIC、ScaleS、FRUIT和SeeDB。结论灌注CUBIC技术与其他技术相比,组织透明效果最好,透明时间最短,AAV荧光保留最多。

CLARITY组织透明化技术在蜜蜂肠道组织上的运用

【目的】以西方蜜蜂Apis mellifera工蜂肠道为例探究组织透明化技术--丙烯酰胺交联替换脂质透明硬化成像/免疫染色/原位杂交兼容组织水凝胶(clear lipid-exchanged acrylamide-hybridized rigid imaging/immunostaining/in situ hybridization-compatible tissue-hYdrogel, CLARITY)在昆虫组织上的应用,确定CLARITY与荧光原位杂交(FISH)相结合在昆虫肠道组织透明化中的适用性。【方法】依照CLARITY技术操作程序,用水凝胶固定西方蜜蜂肠道,并以被动方式透明化,再用靶向东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae 16S rRNA带异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)标记和靶向真核细胞18S rRNA带Texas RED标记的寡核苷酸荧光探针进行肠道组织的荧光原位杂交,然后用DAPI(蓝色)进行细胞核复染,通过激光共聚焦显微镜观察透明化的染色组织。【结果】首次成功将西方蜜蜂肠道组织透明化。在激光共聚焦显微镜下,观察到马氏管的原始分布形态,以及东方蜜蜂微孢子虫在中肠末端分布更密集的空间分布特征,并实现了对肠道组织的3D重构。【结论】CLARITY能应用于蜜蜂肠道组织透明化,透明化组织能进行原位杂交和激光共聚焦观察。CLARITY和FISH相结合免除抗体制备和石蜡切片的麻烦,直观展示肠道内部的真实状态,为昆虫生理病理研究提供了一种可靠特异的标记方法。

水性组织透明化技术的研究进展与应用

由于生物样本的不透明性,以及组织深入成像的清晰度和深度不佳,因此大型、厚组织3D成像技术的发展与创新成为近年来的研究热点。组织透明化机技术是通过各种物理或化学的方式将组织变透明,并结合荧光显微镜来实现组织或器官三维成像的新技术,因其良好的荧光保存及透明效果,在软组织领域,尤其是神经领域得到了越来越广泛的应用。近年来,各种新型的组织透明化技术不断被报道出来,本文就被动浸润法水性透明化技术、水化法水性透明化技术、水凝胶嵌入法水性透明化技术的研究进展及应用做一综述。

组织透明化技术在神经生物学领域的发展和应用

组织透明化技术自问世以来,不仅为脑科学领域在研究全脑结构、神经系统、神经环路、特征蛋白等方面提供了一种更加有效的工具,而且已经实现了对大脑亚细胞分辨率成像以及远距离追踪单个神经元和轴突。这些对于破译健康大脑的功能结构和神经病理机制具有重要意义。在脑组织三维成像方面,传统的组织成像技术由于成像深度和透光度的限制无法呈现完整的三维立体结构,而组织透明化技术能够通过组织清除试剂实现大脑透明化,并与成像技术及神经示踪技术相结合,提供完整无损的组织3D图像。未来深入发展组织透明化技术并结合其他脑科学技术,可拓展其应用广度和研究深度。

组织透明化技术的发展及其在神经退行性疾病中的应用

现代组织透明化技术使细胞群的高分辨率成像和组织结构的三维重建成为可能,我们通过组织透明化技术可以获得更完整的脑部三维结构以及脑组织各个组分的空间联系。在过去的十年里,科学家们对组织透明化技术进行了大量的开发与改进,这些方法目前被广泛的运用在神经科学的研究中,使我们在复杂的神经网络中得到重要的信息。同时,组织透明化技术也会为神经退行性疾病的干细胞治疗和神经再生提供研究工具。在这篇综述中,我们主要回顾了一下目前主要的组织透明化技术的种类以及优缺点,并且总结了一下这些技术在神经退行性疾病研究中的应用以及独特的优势,此外我们还探讨了未来组织透明化技术的发展要求,配套设备的完善以及在干细胞治疗和再生医学中作为研究工具的潜力。

组织透明化三维成像技术在卵巢组织中的应用进展

卵巢是哺乳动物生殖系统的重要器官,目前对卵巢的了解多在二维层面。组织透明化三维成像技术的快速发展为卵巢三维可视化提供了平台,可以通过组织透明化方法和光学成像技术对正常和病理卵巢组织进行全面成像,从细胞或亚细胞单位水平探索卵巢组织及其与脉管和神经系统的关系,并揭示卵巢组织的空间关系和构造特征。该技术还可以分析卵巢肿瘤的三维结构及生长模式,并研究脉管和神经系统的密度、完整性及形态异质性等,为卵巢肿瘤的治疗和预后提供方向。综述组织透明化三维成像技术在哺乳动物卵巢组织中的应用进展,以期对卵巢组织进行更深入的了解。

组织透明化技术在非人灵长类神经退行性疾病研究中的应用进展

组织透明化技术主要是通过减少光的散射和吸收2种途径对组织进行处理,实现组织透明化,结合光学成像和数据整理与分析,促进了人们对生物体在个体、器官、细胞和亚细胞的结构和功能的观察与解析。本文围绕组织透明化技术在非人灵长类神经退行性疾病研究方面的应用进展综述如下。

6种光学透明化方法在大鼠脑组织块的透明效果比较

目的比较6种光学透明化方法对大鼠脑组织块的透明效果。方法选取14只SD大鼠脑分别采用iDISCO、SeeDB、CUBIC、SCALEVIEW-A2、CLARITY-CUBIC、Passive-CLARITY的方法进行透明化处理。结果对照组PBS透明灰度值为13.031±0.586,iDISCO、SeeDB、CUBIC、SCALEVIEW-A2、CLARITY-CUBIC、passiveCLARITY分别为6.447±0.574、11.690±0.909、2.318±0.986、8.118±1.026、8.591±0.384、4.198±0.182,除SeeDB组外(P=0.185),其余各组均较PBS组差异均有显著性(P<0.01),CUBIC分别与各组有显著性差异(P<0.01)。透明化处理后,iDISCO、SeeDB、CUBIC、SCALEVIEW-A2、CLARITY-CUBIC、Passive-CLARITY面积改变分别为(-30.02±2.39)%、(19.74±4.09)%、(14.7±3.92)%、(10.7±5.55)%、(23.01±4.19)%、(66.51±5.68)%,各组面积改变均较iDISCO组、Passive-CLARITY组有显著性差异(P<0.01)。结论除SeeDB外,各组方法均能达到透明效果,CUBIC方法在大鼠脑组织块的透明效果优于其他各组,iDISCO处理后面积缩小,而Passive-CLARITY处理后变得膨胀。