2 月 28 日訊，還記得讓大家驚嘆不已的“看清全身所有癌癥轉移灶”嗎？搞出這種震撼畫面的德國組織工程和再生醫學研究所研究團隊，時隔兩個多月又放出了大招。

　　近年來生物學家已經獲得了小鼠某些器官的完整細胞結構圖，可是使用的方法不適用于人體器官。因為人類器官比小鼠器官生長的年限長得多，里面的膠原成分已經長了幾年甚至幾十年，用于讓小鼠器官透明的藥劑不足以讓人類器官變得透明。

　　這項由德國亥姆霍茲研究中心協會（Helmholtz Association of German Research Centres）組織的研究，經過多次嘗試，終于找到一種名為 CHAPS 的藥劑，先在人類器官上打出很多洞，再用另一種藥液注入器官內部，把器官變成透明的結構。這份研究使用的是死者的器官。

　　之后，研究組還發明了一種能容納整個器官進行掃描的激光掃描顯微鏡，能掃描大如人體腎臟的器官。接下來，使用合作方德國慕尼黑工業大學（Technical University of Munich）提供的一套人工深度學習算法，分析數億張三維細胞圖片。

　　研究人員表示，這項技術很快將發展成掃描人體完整器官的主流技術，將顯著提升研究人員對大腦這樣器官的功能性健康和疾病的認知。

　　人體器官細胞圖還是將來三維生物打印的重要基礎。為了實現這個目標，慕尼黑路德維希·馬克西米利安大學（Ludwig Maximilian University，LMU）的埃爾圖克（Ali Ertürk）和同事正在從胰腺、心臟和腎臟這些人體的主要器官著手制圖。

　　“幾十萬人都面臨器官短缺的問題，”埃爾圖克說，“等待時間和移植成本是大問題。人體器官細胞結構圖為我們實現按需制造器官的目標邁進了重要的一步。”

　　在最新一期的《細胞》上，Ali Ertürk 教授帶領的研究團隊發表論文，介紹了一種名為 SHANEL 的全新技術，這種技術讓人類第一次在細胞層面，對人體各種器官實現了快速、完整的組織透明化！

　　這意味著什么呢？小到組織切片，大到完整的人體器官，都能在這種技術下變得完全透明化，科學家們能夠將器官中的每一個細微之處，都在 3D 圖像上精確到細胞水平，而且速度也比過去大幅提升了！

　　SHANEL 技術的誕生，能夠加速人類對人體器官的了解，甚至有望為傳說中的 3D 打印人體器官鋪路！

　　是不是很科幻，很酷炫呢？下面奇點糕就來說說這項技術的原理吧。

　　想要毫無阻礙地從細胞層面觀察人體器官，需要解決很多問題。有人可能會問，不是可以做組織切片，在顯微鏡下去看嗎？那是不知道組織透明化（Tissue Clearing）有多費事。

　　過去想要讓厚度超過 1 毫米的切片透明，都相當費時費力，直到近幾年，才有一些新技術突破了厚度的瓶頸，但制備好一片厚度 8 毫米的人腦切片，就得需要 10 個月的時間[2]。

　　問題的關鍵是什么呢？是人體器官周圍堆積的不可溶性膠原蛋白、脂褐素等物質，遠遠多于小鼠之類的動物，這嚴重阻礙了化學染料的穿透。連讓器官透明化都難，就更別說實現分子標記、輔助成像了。

　　用本次論文第一作者 Zhao Shan 的話說，“我們必須徹底改變方法，從零開始尋找讓人體器官透明的化學物質”。研究團隊找到了一種簡稱 CHAPS 的組織清洗劑，它可以聚集成小膠束，快速穿透和清除器官周圍致密的屏障。

　　SHANEL 的全稱——小膠束介導的人體器官透明化和標記（small-micelle-mediated human organ efficient clearing and labeling），就是來自 CHAPS 形成的這個小膠束。

　　在豬腦等器官的實驗證實了初步的效果后，接下來研究人員用人的大腦進行了 CHAPS 清洗劑的最終測試。

　　花費 4 個月的時間和約 3200 歐元的費用后，大腦第一次“見了光”，清晰、透光，3D 圖像的重建也變成了現實。

　　不過有了新技術，還要解決一系列的新問題，比如小分子熒光染色和抗體標記手段，過去用在毫米級組織切片上的東西，放到厚度厘米級的完整器官上，就得與時俱進，研究團隊都做了相應的改進。

　　解決了標記和染色，接下來就是顯微鏡的問題，總不能把一整個大腦搬到現有的顯微鏡下觀察吧？就算切成厘米級的切片，也超越了普通顯微鏡的能力。

　　研究團隊找出了一種名叫原型光片顯微鏡（Prototype light-sheet microscope）的大家伙，它的容積可以直接放置經過 CHAPS 處理后的甲狀腺、腎臟等整個器官。

　　最后為了分析和處理 SHANEL 技術帶來的龐大信息量，研究團隊借助了深度學習算法，實現了在幾小時內，完成對每部分腦切片（約 1.5 厘米厚）中，1000-2200 萬個腦細胞的分類和圖像繪制。

　　費了這么多功夫，SHANEL 技術當然也要派上大用場。研究團隊在論文中舉了一個例子，像是 2 型糖尿病當中，胰島在細胞層面發生的微觀改變，靠現有的手段還很難整體分析，但是 SHANEL 技術就可以完整繪圖，清晰判斷。

　　目前研究團隊已經開始把這項技術，用于胰臟、心臟、腎臟等較大器官的 3D 圖譜繪制，Ali Ertürk 教授認為，只有在細胞層面把這些器官徹底了解，才能解決人工制造器官的問題，從而為 3D 生物打印器官用于器官移植鋪路[3]。