人类视网膜的高分辨率图像,揭示了惊人的细

摘要：研究人员开发了一种新的成像技术，可以使用荧光显微镜以高分辨率对薄组织切片中的几十种蛋白质进行可视化。

该技术使研究人员能够以高时间和空间分辨率绘制人类视网膜类器官的发育图，从而深入了解健康组织的形成方式，并开发一个时间序列来描述视网膜类器官整个39周的发育过程。

研究人员的目标是将这种方法应用于其他组织类型，例如人脑和各种肿瘤组织，创建一个图谱，提供有关人类类器官和组织发育的信息。

视网膜类器官横截面的细节。不同的组织结构以不同的颜色显示。

图片来源：Wahle/自然生物技术。

关键事实：

研究人员正在开发一个图谱来绘制在人体组织和类器官中发现的基因和蛋白质，以更多地了解它们的发育和疾病。

研究人员使用一种称为迭代间接免疫荧光成像(4i)的新成像技术，使用荧光显微镜以高分辨率可视化薄组织切片中的数十种蛋白质。

他们将这种方法应用于人类视网膜的类器官，并创建了一系列图像和遗传信息，描述了视网膜类器官整个39周的发育过程。

（资料来源：苏黎世联邦理工学院）

在哪些人体组织中，以及在哪里发现了哪些细胞类型？哪些基因在单个细胞中活跃，哪些蛋白质存在于其中？

这些问题以及更多问题的答案将由专门的图谱提供——特别是胚胎发育过程中不同组织的形成方式以及导致疾病的原因。

在创建这个图谱时，研究人员的目标不仅是绘制直接从人类身上分离出来的组织，还包括被称为类器官的结构。这些是在实验室培养的三维组织块，以类似于人体器官的方式发育，但规模较小。

“类器官的优势在于我们可以干预它们的发育并测试它们的活性物质，这使我们能够更多地了解健康组织和疾病，”生物系统科学系定量发育生物学教授BarbaraTreutlein解释说巴塞尔苏黎世联邦理工学院和工程学院。

为了帮助制作这样一个图集，Treutlein与苏黎世大学和巴塞尔大学的研究人员一起开发了一种方法来收集和汇编大量关于类器官及其发育的信息。研究小组将这种方法应用于人类视网膜的类器官，它们源自干细胞。

视网膜类器官横截面的4i图像，长约一毫米。上面显示了它的一部分。

图片来源：Wahle/自然生物技术。

许多蛋白质同时可见

科学家们用于他们方法的方法的核心是4i技术：迭代间接免疫荧光成像。这种新的成像技术可以使用荧光显微镜以高分辨率可视化薄组织切片中的几十种蛋白质。

4i技术几年前由苏黎世大学教授卢卡斯·佩尔克曼斯(LucasPelkmans)开发，他是该研究的合著者，该研究刚刚发表在科学杂志《自然生物技术》(NatureBiotechnology)上。

正是在这项研究中，研究人员首次将这种方法应用于类器官。

通常，研究人员使用荧光显微镜来突出组织中的三种蛋白质，每种蛋白质都有不同的荧光染料。

由于技术原因，不可能一次染色超过五种蛋白质。在4i技术中，使用了三种染料，但这些染料在测量后从组织样本中洗掉，并对三种新蛋白质进行染色。这个步骤由机器人执行了18次，整个过程总共耗时18天。

最后，计算机将各个图像合并为一个显微图像，在该图像上可以看到53种不同的蛋白质。它们提供有关构成视网膜的各种细胞类型的功能的信息；例如，视杆细胞、视锥细胞和神经节细胞。

研究人员用有关在单个细胞中读取哪些基因的信息来补充视网膜蛋白的视觉信息。

视网膜类器官横截面的细节。不同的组织结构以不同的颜色显示。

图片来源：Wahle/自然生物技术。

-高时空分辨率

科学家们对不同年龄、因此处于不同发育阶段的类器官进行了所有这些分析。通过这种方式，他们能够创建一个时间序列的图像和遗传信息，描述视网膜类器官整个39周的发育过程。

“我们可以利用这个时间序列来展示类器官组织是如何缓慢形成的，哪些细胞类型在何处增殖，何时增殖，以及突触位于何处。这些过程与胚胎发育过程中的视网膜形成过程相当，”巴塞尔大学教授、本研究的资深作者GrayCamp说。

研究人员在一个可公开访问的网站EyeSee4is上发布了他们的图像信息和更多关于视网膜发育的发现。

计划进一步的组织类型

到目前为止，科学家们一直在研究健康的视网膜是如何发育的，但在未来，他们希望通过药物或基因改造来故意破坏视网膜类器官的发育。

“这将使我们对视网膜色素变性等疾病有新的认识，这是一种导致视网膜光敏受体逐渐退化并最终导致失明的遗传性疾病，”Camp说。

研究人员想知道这个过程何时开始以及如何停止。

Treutlein和她的同事们还致力于将新的详细绘图方法应用于其他组织类型，例如人脑的不同部分和各种肿瘤组织。这将逐步创建一个图谱，提供有关人类类器官和组织发育的信息。