新型蛋白保护性被动组织透明技术OptiMuS-prime：基于胆酸钠与尿素的整体器官三维成像突破

《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：A novel protein-preserving passive tissue clearing approach using sodium cholate and urea for whole-organ imaging

本研究针对传统被动组织透明技术依赖SDS（十二烷基硫酸钠）导致组织损伤和蛋白破坏的局限性，开发了一种结合胆酸钠（SC）与尿素的新型透明方法OptiMuS-prime。该方法通过SC的小胶束特性高效去脂并保护蛋白完整性，辅以尿素打破氢键促进渗透，实现了对啮齿类动物脑、肠、肺等多器官及人源组织、类器官的高质量三维成像，为全器官水平细胞连接分析提供了无需专业设备的可定制化解决方案。

　　

在生物医学研究领域，实现对完整器官的高分辨率三维成像一直是科学家追求的目标。传统组织切片技术虽能提供局部细节，却无法还原组织内细胞网络的整体空间分布。近年来，组织透明化技术的突破为这一难题带来了转机，其中被动清除方法因无需特殊设备、能较好保持组织结构而备受关注。然而，这些方法大多依赖SDS作为去脂剂，其大胶束难以彻底清除，且强去垢性易导致组织变形和蛋白破坏，限制了对深层组织的成像效果。

为解决这一瓶颈，首尔国立大学医学院的Kitae Kim等研究人员在《Experimental and Molecular Medicine》上发表论文，报道了一种名为OptiMuS-prime的新型被动组织透明技术。该方法创新性地用胆酸钠（SC）替代SDS，并结合尿素的高水合作用，在提升组织透明度的同时，显著增强了抗体探针的渗透能力，且更好地保留了蛋白抗原性和组织完整性。

研究团队通过优化试剂配比和处理流程，建立了完整的OptiMuS-prime技术体系。关键方法包括：利用SC的小胶束特性（聚集数4–16）实现高效去脂；通过尿素破坏氢键促进超水合；结合D-山梨醇和碘海醇进行折射率匹配。实验样本涵盖小鼠脑、心、肾、脾、肺、肠等器官、人死后脑组织及人诱导多能干细胞来源的脑类器官，均通过光片荧光显微镜（LSFM）和共聚焦显微镜进行三维成像分析。

Development of OptiMuS-prime

研究人员通过对比SDS、CHAPS和SC等多种去脂剂的性能，发现SC因具有更高的临界胶束浓度（CMC, 14 mM）和更小的胶束尺寸，在被动清除中能更高效地去脂且减少组织收缩。进一步实验表明，单独使用SC对深层组织的清除效果有限，而加入尿素后可协同增强脂质去除和探针渗透能力。最终优化的OptiMuS-prime溶液含10% SC、4 M尿素和10% D-山梨醇，在37°C条件下处理不同厚度组织（如150 μm小鼠脑片仅需2分钟，全脑需4–5天），实现了快速且均匀的透明化。

OptiMuS-prime enables successful staining with various dyes and antibodies

在300 μm厚的小鼠脑切片中，抗GFAP（胶质纤维酸性蛋白）和抗MAP2（微管相关蛋白2）抗体标记清晰显示了星形胶质细胞和神经元的精细突起；1 mm厚脑组织经lectin（凝集素）染料及抗NeuN（神经元核抗原）、抗Iba-1（小胶质细胞标记物）染色后，血管和神经结构在全深度范围内均得到高分辨率成像。此外，小鼠肠道中Tuj1（神经元特异性III类β-微管蛋白）标记的肠神经网络也成功可视化，证明该方法对多种组织类型的广泛适用性。

OptiMuS-prime enables 3D imaging of arteriolar structures in various mouse organs

通过抗α-SMA（α平滑肌肌动蛋白）抗体标记血管平滑肌，研究团队对全脑、肾脏和心脏进行了三维成像。LSFM图像清晰显示了皮层、海马和小脑中的小动脉网络分布，肾脏中肾小球簇状血管结构以及心室内血管分支均得以精细重构，证实OptiMuS-prime在复杂血管网络成像中的优势。

OptiMuS-prime enables 3D visualization of neuronal network at single-cell level resolution

在全脑水平，抗TH（酪氨酸羟化酶）抗体标记的多巴胺能通路（如黑质致密部到纹状体的投射）和脾脏交感神经三维结构均被成功捕获。在ChAT-Cre::tdTomato转基因小鼠脑中，tdTomato荧光信号与DAPI、GFAP共标记实现了胆碱能神经元和星形胶质细胞的单细胞分辨率三维定位，凸显该方法在神经网络研究中的潜力。

OptiMuS-prime is successfully applicable for clearing and immunostaining of densely packed post-mortem human tissues

针对人死后脑组织（常因高髓鞘化和长期甲醛固定难以处理），OptiMuS-prime在4天内完成透明化，抗MAP2和Iba-1抗体染色后可在全组织深度清晰显示神经元树突和微胶质细胞形态。人结肠组织中Tuj1阳性神经纤维的三维分布同样得到可视化，证明其对人类病理样本的适用性。

OptiMuS-prime efficiently clears, immunostains and enables 3D imaging of human brain organoids at various developmental stages

在D16、D21和D50的人脑类器官中，Tuj1、MAP2与DAPI共标记揭示了神经祖细胞簇和早期神经元层的三维排列，为类器官发育研究提供了无损成像手段。

结论与意义

OptiMuS-prime通过SC与尿素的协同作用，克服了传统被动清除方法在蛋白保护、探针渗透和结构完整性方面的局限。其无需特殊设备、操作简便的特点，使其尤其适合非专业实验室开展全器官三维成像研究。尽管该方法在处理超大样本时需延长周期，且对RNA检测的适应性尚待探索，但其在神经科学、发育生物学和疾病模型研究中的应用前景广阔，为多尺度生物结构分析提供了可靠工具。