HEMA-AAm共聚物实现快速组织透明化：突破2D/3D荧光成像的技术壁垒

《Scientific Reports》：Application of HEMA-AAm copolymer to achieve faster optical tissue transparency for 2D/3D fluorescence imaging

编辑推荐：针对现有组织透明化技术在透明度、荧光保留与处理速度间的平衡难题，广东医科大学团队开发了基于HEMA-AAm共聚物的新型透明化方法，以ATP/TDE为溶剂实现组织快速嵌入（仅需4天），兼容多种荧光标记并保留75%以上EGFP信号，同时支持高分辨率3D（LSFM/CLSM）和2D（冷冻切片）成像，为病理诊断与细胞形态研究提供全新工具。

　　

在生物医学研究中，三维荧光成像技术因其能揭示复杂组织结构的空间信息而备受关注。然而，传统组织透明化方法始终面临“不可能三角”困境——无法同时实现高透明度、荧光信号保留和快速处理。现有技术中，疏水性方法虽快但淬灭荧光，亲水性方法保留信号却耗时数周，而水凝胶技术（如CLARITY）虽稳定却依赖专用设备且难以切片。这一瓶颈严重限制了从全器官尺度到亚细胞水平的跨维度研究需求。

针对这一挑战，广东医科大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究，开发了一种基于2-羟基甲基丙烯酸酯（HEMA）与丙烯酰胺（AAm）的共聚物透明化技术。该技术利用安替比林（ATP）和2,2'-硫代二乙醇（TDE）作为溶剂，通过自由基聚合形成兼具高机械强度和折射率匹配特性的透明环境，首次在4天内完成厘米级组织（如小鼠脑）的透明化，较传统方法提速75%-150%，并成功应用于健康与糖尿病模型的跨尺度成像。

关键技术方法包括：（1）以ATP/TDE（折射率1.585/1.519-1.523）优化溶剂体系；（2）通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电镜（SEM）验证共聚物结构；（3）流变学测试表征凝胶弹性（G'>G"）；（4）激光共聚焦显微镜（CLSM）和光片显微镜（LSFM）实现3D成像；（5）冷冻切片技术获取50-100μm厚度的2D高分辨切片。实验使用8-12周龄C57BL/6野生型与EGFP转基因小鼠，通过心脏灌注固定组织，并采用CD31、MAP2等抗体标记血管与神经结构。

??共聚物制备与表征??
通过调整HEMA与AAm单体比例（最终优化为40%总浓度，HEMA占10%），团队获得兼具韧性（可切片）与高折射率的凝胶。FTIR光谱显示1670 cm^-1处烯烃C=C键消失，证实聚合成功；SEM揭示其纤维状致密网络结构，而流变学证实其在25-100℃下保持稳定弹性，为组织支撑提供基础。

??组织透明化效能??
该方法对薄壁器官（小肠、食管）和实质器官（肝、肺）均表现优异，小鼠脑半球透明化仅需4天，体积变化仅~110%。透光率测试显示透明度显著提升（附图S6），且DiI染料在凝胶中14天无扩散（附图S4），满足长期存档需求。

??荧光兼容性验证??
在EGFP转基因小鼠肠道中，3天后仍保留75%荧光强度（图5）。免疫标记显示CD31（血管）、MAP2（神经）和DAPI（核）信号清晰，光片显微镜成功重建1 mm厚肠道的三维血管树（图6），证实其多标记兼容性。

??跨维度成像应用??
透明化后的小肠经冷冻切片获得50μm厚切片，CLSM显示CD31⁺内皮细胞形态细节（图8）。糖尿病模型肝脏中，lectin标记的血管迂曲与perilipin A⁺脂滴堆积被清晰捕捉（图9），为病理分析提供新视角。

该研究通过HEMA-AAm共聚物创新性地整合了快速透明化、荧光保留与机械稳定性三大优势，其“溶剂-凝胶”一体化设计突破了传统液体介质的扩散限制。相较于PACT和TESOS，该方法将处理时间从数周缩短至4天，且无需电泳设备，使三维成像与二维病理切片在统一平台实现。尤其值得注意的是，其稳定的化学环境支持样本跨实验室传递，解决了大型器官成像的时空限制。未来，这一技术或可拓展至类器官筛选、肿瘤微环境解析等领域，为精准医学研究提供新的方法论支撑。