骆清铭院士和龚辉教授带领MOST团队发明的荧光显微光学切片断层成像系列技术(fluorescence Micro-Optical Sectioning Tomography,fMOST)作为介观尺度最精细的三维成像技术,伴随着各种标记技术和数据处理技术的发展,现已在神经机制研究、脑疾病研究、心血管疾病研究以及病理毒理等领域得到广泛应用。
近半年来,应用fMOST技术的学术研究硕果累累,并刊登在Nature Neuroscience、Advanced Science、Nature Communications、PNAS等多篇知名国际期刊上。小编精心整理了其中14篇典型应用文章,包含神经图谱研究、阿尔茨海默症研究、新颖标志物全脑成像、多组织器官成像、功能成像联用,供学术分享。
小鼠前额叶单神经元投射图谱
2022年3月31日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心与MOST团队合作在Nature Neuroscience期刊以封面文章的形式在线发表了题为Single-neuron projectome of mouse prefrontal cortex的研究论文。该研究在国际介观图谱领域率先重构了小鼠前额叶皮层6357个单神经元全脑投射图谱,建立了国际上最大的小鼠全脑介观神经联接图谱数据库;首次发现小鼠前额叶皮层中存在64类神经元投射亚型,揭示了其空间分布规律,阐明了前额叶内部模块化的连接网络和等级结构、神经元转录组亚型与投射亚型的对应关系,从而揭示了前额叶皮层内部连接和外部投射的规律,并提出了前额叶皮层可能的工作模型。该研究不仅为深入研究高级认知功能的神经机制奠定了结构基础,也为研究全脑介观神经联接图谱提供了重要的技术支撑。
原文链接:https://doi.org/10.1038/s41593-022-01041-5
带突触信息的全脑神经投射图谱
2022年9月26日,MOST团队在期刊PNAS在线发表了研究论文Dissection of the long-range projections of specific neurons at the synaptic level in the whole mouse brain,该研究通过特殊设计的AAV病毒(AAV2/9-hSyn-flex-tdTomato-T2A-synaptophysin-EGFP-WPRE-pA)实现轴突与突触前结构共标记,在正常与阿尔兹海默症(AD)模型鼠中分别解析了基底前脑神经元的长程投射模式,解决了全脑高分辨率数据集获取与分析中样本制备等环节的技术难点,实现了多种荧光蛋白的微弱信号保持。利用fMOST以0.23 μm × 0.23 μm × 1 μm体素分辨率获取了全脑连续数据集,分析了神经环路的投射模式和关键脑区内突触前结构的分布规律。该研究建立了在突触水平解析特定类型神经元长程投射模式的研究方法,绘制了基底前脑PV神经元带有突触信息的全脑投射图谱,并探究了其在AD的退行变化,为解析生理和病理条件下特定类型神经元全脑突触连接模式提供了新的思路。
原文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2202536119
未定带GABA能神经元全脑连接组
2022年8月19日,MOST团队在期刊Neuroscience Bulletin发表题为Whole‑Brain Connectome of GABAergic Neurons in the Mouse Zona Incerta的研究论文。未定带(Zona incerta, ZI)是外侧下丘脑中的一个以抑制性GABA能神经元为主的脑区,该研究利用嗜神经病毒环路示踪工具和Vgat-ires-Cre转基因小鼠分别标记其中的GABA能神经元的输入神经元胞体和投射纤维,并采用fMOST绘制了ZI的GABA能神经元的全脑输入和输出图谱,比较了不同亚区之间输入以及输出,阐述了ZI与主要连接脑区之间的连接模式。该研究为ZI的功能研究建立了解剖学数据集和参考图谱,也从新的视角解析了脑的环路组织规律。
原文链接:https://doi.org/10.1007/s12264-022-00930-w
初级听觉神经元联接图谱
初级听觉皮层(primary auditory area, AUDp)是大脑听觉皮层中处理声音信息的关键区域。然而,对AUDp中特定类型神经元在全脑范围内长程联接模式的全面认识仍然缺乏。2022年3月21日MOST团队在期刊Neuroscience Bulletin上发表题为Whole-Brain Direct Inputs to and Axonal Projections from Excitatory and Inhibitory Neurons in the Mouse Primary Auditory Area的研究论文。本研究采用dfMOST结合Cre转基因小鼠及病毒示踪技术,在亚微米分辨率水平获取了AUDp中兴奋型和抑制型神经元的全脑输入输出三维连续数据集。为了更加准确地阐明AUDp中特定类型神经元的直接输入和轴突投射的规律,该研究建立了全脑输入输出神经环路的自动化分析流程,通过对上游神经元胞体及下游轴突投射信号的自动识别和分割,及将整个数据集配准到统一的坐标体系中,实现了对AUDp输入输出环路在三维空间内的定量解析,这为进一步探究其生理功能提供了新的见解。
原文链接:https://doi.org/10.1007/s12264-022-00838-5
全脑Aβ斑块高精度全景图
2022年4月19日,中科院上海药物所MOST及图像融合分析技术服务部与临港实验室科研人员合作在Frontiers in Neuroscience杂志上发表了题为High-Resolution Digital Panorama of Multiple Structures in Whole Brain of Alzheimer's Disease Mice的研究论文。该研究对基于MOST系统获得的全脑Nissl染色数据集,设计出针对相邻灰度区间内多种结构元素的信息提取及重建策略,首次实现了基于Nissl染色的小鼠全脑Aβ斑块分布可视化,在同一小鼠全脑中构建了Aβ斑块及其周围胞体、神经树突、神经束和血管的高精度全景图。研究成果为深入理解AD相关病理状态下的大脑解剖结构特征提供了新思路。
原文链接:https://doi.org/10.3389/fnins.2022.870520
全脑Aβ斑块实时染色技术
2022年5月7日,Chemical Engineering Journal在线刊登了MOST团队题为AIE-based fluorescent micro-optical sectioning tomography for automatic 3D mapping of β-amyloid plaques in Tg mouse whole brain的研究论文。研究人员报道了一种水溶性荧光探针AIEgens,该探针可在1 min内快速渗透小鼠脑组织并将Aβ斑块染色至8 μm深度。结合fMOST技术,通过原位逐层切削和AIEgens探针实时染色的循环过程,实现了Tg小鼠全脑Aβ斑块的自动三维成像。这种方便、高效的策略无需组织渗透、荧光预标记和繁琐的洗涤过程,显著提高了标记效率。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136840
关于MOST
显微光学切片断层成像(MOST)和荧光显微光学切片断层成像(fMOST)系列设备能对生物大样本进行亚微米水平三维成像,不仅可以获得单细胞分辨的全脑神经连接图谱、定位神经环路、追踪单神经元长程投射、构筑血管网络三维拓扑结构;还可用于细胞空间定量分析、单细胞形态学分析,全器官蛋白质及基因表达空间定位。MOST技术适用于多种模式生物的全器官或组织三维结构可视化,在基础科学研究、病理机制研究、药物筛选与评估、生物3D打印、三维解剖学数据库构建等领域发挥极大作用。
关于沃亿
沃亿生物基于显微光学切片断层成像(MOST)技术的系列仪器设备,在国际上率先建立了可对厘米大小样本进行亚微米水平精细结构三维成像,填补了核磁共振成像和电子显微镜之间的空白。该技术获得2011年度中国科学十大进展,2014年获得国家技术发明二等奖,2019年参加中华人民共和国成立70周年大型成就展。Advanced Science:心脑轴最新研究成果M1兴奋性神经元调控心脏功能
赏行业风采,创明日新篇丨沃亿生物 2024ACCSI展会回顾
展讯|沃亿生物2024第2季度展会预告出炉,向您发出春日观展邀请!
抓住“设备升级”新机遇,沃亿生物跨尺度三维成像解决方案助力先进科研技术设备更新
关注
拨打电话
留言咨询