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膨胀至只有指甲的大脑和手掌大小 并观察超细细胞结构

将一个透明的物体放在戴着医用手套的成年人的手掌上。这种材料只有手掌大小的一半,就像果冻一样。对象的身份是老鼠的大脑。最初只是成年指甲的大脑通过特殊技术在高度和高度上扩展了8倍。那是音量的512倍。将彩色气球吹到最大,颜色变得越来越稀。结果是巨大的透明大脑。

首尔国立大学化学教授Sung-Yeon Kim与首尔国立大学化学教授以及研究员Park Han-ul和Choi Dong-gil合作,在世界上首次开发了称为“ zoom”的技术来扩展活体组织。金教授说:“这项技术可以扩大组织,细胞和器官的微观结构,以便可以在分子水平上对其进行观察。”

组织扩张技术改变了传统上用于生命科学和医学的观察概念。显微镜已被用来仔细观察活体组织,但是放大倍数是有限的。蛋白质结构,例如细胞器,遗传物质(DNA),微管等,具有几十纳米的大小(十亿分之一米的纳米/ nm),无法通过传统显微镜直接看到。

获得2014年诺贝尔化学奖的科学家开发了一种``超分辨率显微镜''技术,该技术利用以下事实:当分子将光提供给组织时,分子会从光中出来然后再次吐出。这项技术使我们能够观察到几十纳米,但价格被限制在每单位高达数十亿韩元的水平。

组织扩张技术扭转了这个问题。称为丙烯酰胺的聚合物是一种块状材料,当组装在一起时会生成更大的聚合物。将材料渗透到样品中后,它会在内部长时间组装,形成“凝胶”网,这种材料具有与果冻相同的特性。在此处加水可延长凝胶并均匀地扩张组织。吹满点的气球并随风飘动类似于在保持点之间恒定比率的同时增加彼此之间的距离。

“缩放”是此扩展技术的终极目标。金教授说:“放大倍率可以精确地调节到2倍,4倍,8倍等,并且可以扩展到3D组织,并且原始组织和扩展组织之间的误差非常小,小于3〜5%。很高。” 为了控制放大倍率,研究小组开发了一种在80度高温下水解样品的工艺。调节加热时间会不断改变放大倍数。

它还具有很高的可用性。金教授说:“我们证实,它不仅可以用于老鼠的大脑,还可以用于细菌,培养的细胞,几乎没有的线虫,1mm长的小动物以及人脑样品。” 这些发现今天发表在《先进科学》杂志上。它得到了三星未来技术开发中心的支持,该中心指出了原材料技术创新研究和诊断方法的可能性。

组织扩张技术可以应用于科学研究和医学诊断。有望将其用于退行性脑疾病的研究,例如肾脏疾病和帕金森氏病。在扩张过程中,缺陷仍然需要三天(细胞)到一个月(大脑),但是该团队希望随着后续研究的积累而节省时间。

韩国是组织扩张技术的领先国家之一。这项技术是基于斯坦福大学卡尔·D·戴奈斯大学教授的团队的想象力研究而来的,他最初领导了诸如光电等生命科学领域的技术变革。2013年,当时在教授实验室工作的麻省理工学院(MIT)化学工程教授Kwang-Hoon Chung教授开发的大脑透明技术成为了触发因素。

直接脑膨胀技术是Diceros系的另一个天才,它是麻省理工学院媒体实验室的Edward Boyn教授于2015年首次提出的,他还致力于光遗传学的发展。2016年,江南遣散医院神经外科团队Jeong和Park Jung-yoon在2017年成功地使老鼠的大脑最大化。

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