清华团队突破生物成像技术：实现无损透明化三维观测

8 月 18 日消息，据清华大学微信公众号消息，近日，清华大学生物医学工程学院苑克鑫副教授团队提出了“玻璃态组织透明化”技术 Vitreous Ionic-liquid-solvent-based Volumetric Inspection of Trans-scale biostructure（简称：VIVIT），这一创新方案让离体生物组织在不被破坏、无形变的前提下，以原貌的三维结构呈现在镜头前，相关研究成果于北京时间 8 月 11 日晚以《VIVIT：通过离子玻璃态组织揭示跨尺度生物结构》（VIVIT: Resolving trans-scale volumetric biological architectures via ionic glassy tissue）为题在线发表于《细胞》（Cell）。

为避免切片带来的损伤，组织透明化技术应运而生。通过化学方法，透明化技术能够让组织变得光学透明，研究人员从而可以直接观测内部结构，不再依赖层层切片。

据了解，现有的透明化方案常常面临新的问题：组织在处理过程中不可避免地膨胀或收缩，空间结构被扭曲；蛋白荧光信号易受损失，图片对比度下降；样本一旦冷冻保存，还会被冰晶损伤，导致结构破坏。

在真正还原三维结构这件事上，学界一直缺少一个兼顾结构保真和信号增强，并支持样本长期保存与无损复用的解决方案。而本次苑克鑫团队所创新的 VIVIT，正是补上这一缺口的关键技术。

与以往仅追求透明度的方法不同，VIVIT 从一开始就瞄准了更高的目标 —— 在实现光学透明的同时，最大限度保留组织原有的空间结构与分子信息。

通过团队自主研发的高折射率离子液体，VIVIT 首次实现了在低温下将生物组织整体转化为“玻璃态”，在光学上通透，在物理上稳定。

实验数据显示，经过 VIVIT 处理后，组织的形变率低于 1%。即使是脑组织这样结构精密、连接复杂的样本，也能保持原有形态，包括神经突触在内的亚细胞级精细结构同样得以清晰呈现。

VIVIT 的突破，不止于“看得清”，更在于“保得住”和“用得上”。

通过特殊离子液体对分子微环境的优化，VIVIT 显著提升了组织内荧光信号的强度。在荧光标记的组织经过 VIVIT 处理后，多种常用染料的荧光信号可增强至原始的 2 至 30 倍，使得以往难以检测的微弱标记也能清晰呈现。

同时，得益于玻璃态处理的物理特性，VIVIT 打破了样本冷冻保存的限制。处理后的组织样本如琥珀般整体通透，质地均匀，不仅在-80°C 下可以长期保存，也能完全避免由冰晶形成带来的撕裂与机械性损伤，真正实现冷冻切片的结构无损。

有了 VIVIT 这样一双“透视眼”，研究者如今不仅能看清组织内部的原貌，还能不断复用同一样本并进行深入探索。

VIVIT 处理后的组织样本，具备了极高的结构稳定性和信号保真性，能够承受多轮免疫染色与连续成像。每一轮染色后，信号依然清晰，组织结构稳定如初。这意味着，研究者可以在同一组织中依次识别多个分子靶点，层层叠加，获得更加丰富的空间信息。

与此同时，配合团队自研的三维重建算法 TARRS，VIVIT 还支持连续切片图像的高精度拼接，可构建从单细胞到全器官的三维图谱，实现跨尺度的结构还原。

苑克鑫团队本次提出的创新性组织透明化方案，不仅打造了一双能够看透组织内部结构的“透视眼”，更是为这双透视眼安上了完整的“导航引擎”，让它能够贯穿从样本处理、到多模态染色、三维重建的全流程路径。

透过不断清晰的三维空间信息，我们正在重新理解生命的结构与秩序。未来，团队将持续致力于这一技术与实际需求的深度融合，助力基础科研、精准医疗与智能诊断的发展。

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