Ионные жидкости делают целые органы прозрачными как стекло, сохраняя детали тканей

Технология VIVIT позволяет делать целые органы прозрачными с сохранением морфологической точности. Автор: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.023

Ученые нашли способ визуализировать такие хрупкие органы, как мозг и сердце, пропуская свет через ткани и раскрывая их внутреннее устройство без необходимости препарирования. В исследовании, опубликованном в журнале Cell, китайские исследователи представили новую методику преобразования биологических тканей в прозрачное стеклообразное состояние. Это значительно упрощает изучение взаимодействия биологических тканей на микроскопическом уровне с исключительным разрешением.

Для получения прозрачной структуры исследователи разработали технику под названием VIVIT (vitreous ionic-liquid-solvent-based volumetric inspection of trans-scale biostructure).

Ключевую роль в этом процессе сыграли ионные жидкости (ILs) — соли, которые остаются в жидкой фазе даже при низких температурах. Используя VIVIT, исследователи смогли картировать, как мультисенсорные нейроны в таламусе мозга соединяются с входящими сигналами и направляют свои выходы по всему мозгу, а также получили новое представление об ингибиторном контроле в коре головного мозга человека.

Понимание сложных биологических систем требует детальной визуализации их intricate структур и механизмов. Такие методы, как оптическое очищение тканей, позволяют ученым получать изображения тканей в их трехмерном состоянии, то есть видеть целые органы, не разрезая их.

Однако большинство этих методов используют либо органические растворители, либо водные растворы для придания тканям прозрачности. Хотя они справляются с задачей, у них есть свои недостатки. Эти жидкости могут вызывать усадку или набухание тканей, что искажает их естественную форму.

Адаптация биологической ткани к ионным жидкостям и обеспечение прозрачности с сохранением морфологии и усилением флуоресцентного сигнала. Автор: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.023

Исследователи данной работы обнаружили, что обработка биологических образцов ионными жидкостями инициирует процесс витрификации, при котором ткани превращаются в твердую стеклообразную структуру без образования разрушительных кристаллов льда при охлаждении.

Эта ненарушающая природа делает VIVIT революционным методом, поскольку он сохраняет хрупкие биологические образцы, позволяя команде визуализировать структуры across scales — от целых органов до мельчайших клеточных соединений.

Биологи часто прибегают к микроскопии высокого разрешения, чтобы лучше рассмотреть структуры внутри биологической ткани. Эти микроскопы плохо работают с образцами целых органов и поэтому требуют тонких срезов для получения четких изображений. Этот процесс повреждает тонкую структуру и затрудняет восстановление точных 3D-моделей из множества срезов.

VIVIT решает эту проблему, делая образец оптически прозрачным, что предоставляет практический способ изучения биологических структур без физического разрезания ткани. Он также сохраняет возможность точно section образцы в замороженном состоянии без причинения damage благодаря защитным эффектам витрификации.

Дополнительным преимуществом витрификации является неожиданное усиление сигналов флуоресцентных красителей — яркость некоторых красителей увеличивается до 38 раз, что значительно улучшает imaging высокого разрешения.

Команда также разработала TARRS (Trans-scale Acquisition, Reconnection, and Reconstruction System) — программный инструмент, который виртуально «сшивает» срезанные образцы обратно в 3D-структуру с высокой точностью.

Исследователи отмечают, что хотя VIVIT предлагает практическое решение для транс-масштабного исследования, все еще необходимо прояснить механизмы, с помощью которых ионные жидкости взаимодействуют с адаптированными тканями, индуцируют некристаллические состояния и усиливают флуоресцентные сигналы. Такие insights могут вдохновить на разработку новых методик на основе ионных жидкостей для изучения сложных биологических систем.

Больше информации: Yixiao Gao et al, VIVIT: Resolving trans-scale volumetric biological architectures via ionic glassy tissue, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.023