2 月 28 日讯，还记得让大家惊叹不已的“看清全身所有癌症转移灶”吗？搞出这种震撼画面的德国组织工程和再生医学研究所研究团队，时隔两个多月又放出了大招。

　　近年来生物学家已经获得了小鼠某些器官的完整细胞结构图，可是使用的方法不适用于人体器官。因为人类器官比小鼠器官生长的年限长得多，里面的胶原成分已经长了几年甚至几十年，用于让小鼠器官透明的药剂不足以让人类器官变得透明。

　　这项由德国亥姆霍兹研究中心协会（Helmholtz Association of German Research Centres）组织的研究，经过多次尝试，终于找到一种名为 CHAPS 的药剂，先在人类器官上打出很多洞，再用另一种药液注入器官内部，把器官变成透明的结构。这份研究使用的是死者的器官。

　　之后，研究组还发明了一种能容纳整个器官进行扫描的激光扫描显微镜，能扫描大如人体肾脏的器官。接下来，使用合作方德国慕尼黑工业大学（Technical University of Munich）提供的一套人工深度学习算法，分析数亿张三维细胞图片。

　　研究人员表示，这项技术很快将发展成扫描人体完整器官的主流技术，将显着提升研究人员对大脑这样器官的功能性健康和疾病的认知。

　　人体器官细胞图还是将来三维生物打印的重要基础。为了实现这个目标，慕尼黑路德维希·马克西米利安大学（Ludwig Maximilian University，LMU）的埃尔图克（Ali Ertürk）和同事正在从胰腺、心脏和肾脏这些人体的主要器官着手制图。

　　“几十万人都面临器官短缺的问题，”埃尔图克说，“等待时间和移植成本是大问题。人体器官细胞结构图为我们实现按需制造器官的目标迈进了重要的一步。”

　　在最新一期的《细胞》上，Ali Ertürk 教授带领的研究团队发表论文，介绍了一种名为SHANEL的全新技术，这种技术让人类第一次在细胞层面，对人体各种器官实现了快速、完整的组织透明化！

　　这意味着什么呢？小到组织切片，大到完整的人体器官，都能在这种技术下变得完全透明化，科学家们能够将器官中的每一个细微之处，都在 3D 图像上精确到细胞水平，而且速度也比过去大幅提升了！

　　SHANEL 技术的诞生，能够加速人类对人体器官的了解，甚至有望为传说中的 3D 打印人体器官铺路！

　　是不是很科幻，很酷炫呢？下面奇点糕就来说说这项技术的原理吧。

　　想要毫无阻碍地从细胞层面观察人体器官，需要解决很多问题。有人可能会问，不是可以做组织切片，在显微镜下去看吗？那是不知道组织透明化（Tissue Clearing）有多费事。

　　过去想要让厚度超过 1 毫米的切片透明，都相当费时费力，直到近几年，才有一些新技术突破了厚度的瓶颈，但制备好一片厚度 8 毫米的人脑切片，就得需要 10 个月的时间[2]。

　　问题的关键是什么呢？是人体器官周围堆积的不可溶性胶原蛋白、脂褐素等物质，远远多于小鼠之类的动物，这严重阻碍了化学染料的穿透。连让器官透明化都难，就更别说实现分子标记、辅助成像了。

　　用本次论文第一作者 Zhao Shan 的话说，“我们必须彻底改变方法，从零开始寻找让人体器官透明的化学物质”。研究团队找到了一种简称 CHAPS 的组织清洗剂，它可以聚集成小胶束，快速穿透和清除器官周围致密的屏障。

　　SHANEL 的全称——小胶束介导的人体器官透明化和标记（small-micelle-mediated human organ efficient clearing and labeling），就是来自 CHAPS 形成的这个小胶束。

　　在猪脑等器官的实验证实了初步的效果后，接下来研究人员用人的大脑进行了 CHAPS 清洗剂的最终测试。

　　花费 4 个月的时间和约 3200 欧元的费用后，大脑第一次“见了光”，清晰、透光，3D 图像的重建也变成了现实。

　　不过有了新技术，还要解决一系列的新问题，比如小分子荧光染色和抗体标记手段，过去用在毫米级组织切片上的东西，放到厚度厘米级的完整器官上，就得与时俱进，研究团队都做了相应的改进。

　　解决了标记和染色，接下来就是显微镜的问题，总不能把一整个大脑搬到现有的显微镜下观察吧？就算切成厘米级的切片，也超越了普通显微镜的能力。

　　研究团队找出了一种名叫原型光片显微镜（Prototype light-sheet microscope）的大家伙，它的容积可以直接放置经过 CHAPS 处理后的甲状腺、肾脏等整个器官。

　　最后为了分析和处理 SHANEL 技术带来的庞大信息量，研究团队借助了深度学习算法，实现了在几小时内，完成对每部分脑切片（约 1.5 厘米厚）中，1000-2200 万个脑细胞的分类和图像绘制。

　　费了这么多功夫，SHANEL 技术当然也要派上大用场。研究团队在论文中举了一个例子，像是 2 型糖尿病当中，胰岛在细胞层面发生的微观改变，靠现有的手段还很难整体分析，但是 SHANEL 技术就可以完整绘图，清晰判断。

　　目前研究团队已经开始把这项技术，用于胰脏、心脏、肾脏等较大器官的 3D 图谱绘制，Ali Ertürk 教授认为，只有在细胞层面把这些器官彻底了解，才能解决人工制造器官的问题，从而为 3D 生物打印器官用于器官移植铺路[3]。