杨竞课题组Advanced Functional Materials合作报道基于聚集诱导发光的三维荧光成像技术

   生物医学研究通常利用样品切片（冰冻切片、石蜡切片等），结合不同化学或生物学标记手段得以观察组织、细胞或亚细胞结构。但是，这些依赖常规切片处理的技术手段有着内在局限性，尤其是对于大尺度（厘米级以上）器官或组织内的三维结构（神经纤维、血管、淋巴管等）无法有效准确成像。正因如此，生物医学的前沿领域持续探索不依赖常规切片处理的全组织荧光标记（whole-tissue fluorescence-labeling）、光学透明化（optical clearing）和光片三维成像（lightsheet 3D imaging）技术，建立了以CLARITY、iDISCO、CUBIC等为代表的三维荧光成像体系。

　　北京大学生命科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心、北京大学第三医院肿瘤中心杨竞课题组，近年来开发一系列适用于小鼠、非人灵长类（猕猴）、人类器官的全组织荧光标记、光学透明化和光片三维成像技术【ImmuView、iDISCO(ace)、BoneClear等】。基于这些先进成像技术，杨竞课题组系统性报道了淋巴器官（骨髓、脾脏、淋巴结等）、免疫屏障组织（呼吸道、消化道、脑膜等）、神经组织（脑、脊髓、视神经等）的多样性三维结构及其病理性变化特征。然而值得注意的，肺部作为气体交换的核心器官，其包含有机体内最为丰富而精细的血管网络。以往针对肺部血管的成像探索受限于荧光标记效率或光化学稳定性，始终未能实现完整肺部血管网络的三维解析。

　　针对上述技术瓶颈，在12月15日发表于《Advanced Functional Materials》题为“AIENP-Reinforced DISCO Method for Whole-Tissue Three-Dimensional Reconstruction of Pulmonary Capillaries”的研究论文，杨竞课题组与新加坡国立大学Bin Liu教授（美国工程院院士、新加坡科学院院士）合作，在领域内首次报道基于聚集诱导发光（aggregation-induced emission）而实现小鼠肺部血管网络的三维荧光成像手段。首先，本研究通过优化聚集诱导发光的化学官能团，产生在590nm波长区域具有优异发光性能的荧光材料。作为这一材料的独特之处，其带有可被醛类交联的氨基结构而达到对于生物组织的共价标记。不仅如此，聚集诱导发光荧光材料在有机溶剂（甲醇、二氯甲烷、二甲基苯醚等）介导的光学透明化流程中保持高度的光学稳定性，能够兼容领域内已建立的多种三维成像体系。以此为基础，本研究实现了对于小鼠肺部血管网络的精细三维表征（血管长度、血管内径、血管分支度等）。进一步的，这一最新技术可以应用于检测肺部各类病理过程（感染、哮喘、肿瘤等）的血管网络可塑性变化。

　　综合以上，杨竞课题组立足国际合作和交叉学科优势，首次实现了基于聚集诱导发光的小鼠肺部血管网络三维解析，在这一生物医学前沿成像领域开拓了新思路。

　　原文链接：

　　https://doi.org/10.1002/adfm.202312176