Cell重大飞跃：单细胞分辨率快速全脑成像

　　

生物通报道  了解细胞水平上的现象与生物体水平上的活动是系统生物学的一个重要挑战。一直以来科学家们在大脑研究中相互协作，旨在阐明将神经活动转变为意识和其他复杂大脑活动的机制（延伸阅读：Nature头条：绘制胎脑转录图谱 ）。

在单细胞分辨率上进行全脑成像是研究人员迫切需要的技术之一。这种成像通常要求制备出高度透明的样本以减小光散射，随后在不同的切片中用荧光探针标记出成像神经元从而生成3D图像。然而，当前的一些方法存在的缺陷阻碍了全面研究这种关系。

发布在《细胞》（Cell）杂志上的一种称之为CUBIC（清晰、无阻碍脑成像鸡尾酒和计算分析）的新型高通量方法标志着一个重大的飞跃，它能够在单细胞分辨率上提供前所未有的快速全脑成像，其采用基于氨基醇（aminoalcohols）的简单实验方案来清理及透明化大脑样本。

结合光层照荧光显微镜，CUBIC可对一些哺乳动物如小鼠和灵长类动物系统进行快速成像，表明它可以测量不同大小的大脑。并且，还可用它来获得下丘脑昼夜节律中心基因表达模式的时空细节。此外，结合来自相反方向的图像，CUBIC可实现全脑成像及直接比较不同环境条件下的大脑。

CUBIC克服了以往一些方法的障碍。其中一个就是清理和透明化实验方法，其只需用两种试剂在相对较短的时间内连续浸没固定组织。第二，由于低淬灭性CUBIC与许多的荧光探针兼容，使得可以使用具有较长波长的探针，减小了全脑成像的同时引入多色彩成像的散射问题。最后，它具有高度可重复性和可扩展性。尽管其他的一些方法获得了其中的一些特性，CUBIC是首次实现所有特性。

CUBIC提供了以往难以获得的、系统水平上的3D基因表达谱以及神经网络。由于它能够快速及高通量成像，CUBIC为分析基因组编辑的局部效应提供了难得的机会。研究人员还期望利用它来鉴别全脑水平上的神经连接。

论文的作者Hiroki Ueda对于将CUBIC进一步应用于更大的哺乳动物系统抱乐观态度。“在不久的将来，我们想要将CUBIC技术应用于单细胞分辨率全身成像。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Whole-Brain Imaging with Single-Cell Resolution Using Chemical Cocktails and Computational Analysis

Systems-level identification and analysis of cellular circuits in the brain will require the development of whole-brain imaging with single-cell resolution. To this end, we performed comprehensive chemical screening to develop a whole-brain clearing and imaging method, termed CUBIC (clear, unobstructed brain imaging cocktails and computational analysis). CUBIC is a simple and efficient method involving the immersion of brain samples in chemical mixtures containing aminoalcohols, which enables rapid whole-brain imaging with single-photon excitation microscopy. CUBIC is applicable to multicolor imaging of fluorescent proteins or immunostained samples in adult brains and is scalable from a primate brain to subcellular structures. We also developed a whole-brain cell-nuclear counterstaining protocol and a computational image analysis pipeline that, together with CUBIC reagents, enable the visualization and quantification of neural activities induced by environmental stimulation. CUBIC enables time-course expression profiling of whole adult brains with single-cell resolution.