利用吸收性分子实现短暂光学透明化 离体 和 体内 成像

本研究旨在评估并实施利用吸收性分子进行组织透明化，作为一种非侵入性策略，以增强离体组织和活体动物的生物医学成像效果。我们已证明食用色素酒石黄可用于在组织和活体动物中实现快速且可逆的光学透明化，显著提高成像深度与清晰度。本实验方案通过观察分子行为，解决了瞬时光学透明化可重复性方面的关键空白，并结合先进的计算可视化技术以增强特征的可见性。

通过提供使用吸收性分子进行组织透明化的详细实验方案，我们的工作有助于更广泛的生物学和生物医学成像研究领域将这些方法应用于各自的研究中。本实验室一直在推进该技术的发展，探索光与组织之间的物理相互作用，拓展可用材料的范围，并开发优化的光学成像平台。首先，计算配制所需溶液体积所需的酒石黄染料粉末质量。

将计算好的染料粉末转移至一个洁净的玻璃小瓶中。使用移液管，向小瓶中加入所需体积的去离子水以保证精确度。如果染料在室温下未能完全溶解，将玻璃小瓶放入已预热至40摄氏度的实验室烘箱中加热10分钟，或直至完全溶解。

然后将染料溶液涡旋振荡30秒至1分钟，以确保完全溶解。对于离体组织，将鸡胸肉组织沿胶原纤维平行方向切成所需厚度，并用水轻轻清洗切片组织。将组织置于两张干净的显微镜载玻片之间，以测量其厚度。

轻轻按压玻片，使用游标卡尺测量组织中心的距离。接着，将组织浸入配制好的染色液中，并将容器置于摇床中，在100转/分钟的条件下振荡10分钟。

使用洁净的镊子将组织从染色液中取出。将样品置于两片透明玻璃载玻片之间，使用设置为适当分辨率和放大倍数的数码相机或科学相机拍摄图像。在受控的光照环境中进行成像，以尽量减少外界光线的干扰。

为测量光学透射率，将制备好的样品放入紫外-可见-近红外分光光度计中。确保系统已正确基线校准，并且在染料溶液处理前后，光束穿过相同的组织区域，以保持测量的一致性。操作时，将麻醉后的动物置于温度调节至37摄氏度的加热垫上。

使用小型动物毛发剪刀，修剪所需成像区域的毛发。在修剪后的区域涂抹脱毛膏，时间少于60秒，以去除残留毛发，随后立即清除脱毛膏。使用酒精擦拭皮肤，以防止刺激。

为准备成像装置，在动物下方放置一个设定为37摄氏度的加热垫，以防止低体温。调整光源和相机位置，以获取高质量图像。使用0.65摩尔的酒石黄溶液与0.3%至0.4%琼脂糖凝胶混合后进行应用。

使用滴管将制备好的溶液滴加至皮肤上，根据实验需要选择腹部或头部。让溶液停留数秒钟，以开始吸收。接着，用棉签轻轻擦拭施用部位，以均匀分布溶液并增强经皮吸收。

然后用干净的棉签轻轻按摩该区域，并根据需要补充更多溶液。观察是否有橙红色小点出现，这些小点将逐渐融合成均匀的颜色，表明染料成功渗透并开始光学透明化。持续按摩该区域，直至皮肤变得透明且内部器官可见，对于小面积区域，通常需要三到五分钟。

轻轻将载玻片或盖玻片置于皮肤上，以减少表面反光并最小化反射。使用用水润湿的棉签或软布轻轻擦去皮肤上的染料溶液。透明化效果将逐渐消失，皮肤会慢慢恢复至原本不透明的外观。

关闭气体麻醉后，让动物恢复意识。当动物完全清醒并能够活动时，将其放回原来的饲养笼中。在未经处理的离体鸡胸肉组织中，底层的图案不可见，光谱仪数据显示透射率较低，且随着组织厚度的增加而降低。

使用0.65摩尔的酒石黄溶液处理后，组织明显变得透明，下方的网格和标志图案清晰显现。在可见光谱范围内，所有厚度组织的透射率均显著升高。在活体小鼠中，应用0.65摩尔酒石黄溶液可在处理数分钟内实现通过皮肤观察内部器官，腹部区域的透明度明显增加。

头皮的光学透明化无需手术切除皮肤即可实现脑血管的可视化，证明了该技术在脑成像中的有效性。透明化效果完全可逆。用水冲洗组织后，皮肤的不透明性得以恢复，数小时内恢复正常外观，数天内观察到毛发重新生长。