原标题:改写教科书“肝小叶”解剖学图像——“光谷造”领跑全球生物三维成像赛道
8月22日,武汉沃亿生物有限公司,几台仪器高速运转。花生粒大小的鼠脑组织,被快速切削成1微米的薄片,并“拍片”成像。最后,一万多张图像数据叠加,构建出完整的鼠脑三维结构模型。
世界上许多疾病,或因神经联接“故障”引起。“如果能清楚了解生物组织的三维神经结构,对研究生物本身的运作机理以及疾病的治疗,都有重大意义。”沃亿生物总经理陈谦说。
沃亿生物基于MOST(显微光学切片断层成像系统)技术自主研发的仪器,可对多种生物组织进行精细三维成像,已服务国内外100多家科研院所及医院,其中“肝小叶”案例甚至推动了教科书的修正。
高精度还原生物组织三维结构
“只需3天,就可以把老鼠大脑每一根标记的神经和血管,清晰地展现出来。”陈谦指着一台新型MOST仪器说。
获取生物体的信息,传统技术是先将其切成很多薄片,然后进行染色标记,之后再在显微镜下观察样本。但这样只能得到二维的信息。
“我们通过特殊标记技术,对生物体进行整体染色。”陈谦说,然后利用MOST仪器上特制的金刚石刀,把生物体切成一层层微米级的薄片,同时对其进行高分辨率光学成像,其成像分辨精度达到一根头发丝粗细的1/60。最后,所有图像一层层“叠”起来,就是完整的生物结构图谱。
生物体神经网络非常复杂,切片图像的连接必须严丝合缝,“牵一发而‘错’全身。”但生物组织是软的,在切割过程中,很容易出现偏移,影响图像连接。
于是,MOST技术巧妙地利用树脂,对生物组织进行渗透包埋,形成类似于琥珀的标本,生物组织就可以像“木材”一样被稳定切割。
陈谦说:“通过不断改进,MOST仪器已实现组织切片、光学成像、图像配准全自动化,可以对完整大块组织样品进行高质量数据采集、信息描绘和统计分析。”
推动教科书解剖学图像修正
2020年,某知名科研院所联系沃亿生物,想做一个关于人体肝小叶组织
“原本解剖学教科书上肝小叶的图像形态,是根据观察二维图像推断出来,只是一个大致模型。我们做出的是一个完整、详细的立体结构模型,起到了很好的补充作用。”陈谦说,对方正在完善教科书相关内容。
脑血管结构十分复杂,许多疾病初期的血管病变,仅发生在毛细血管及血管内壁。传统二维成像只能呈现“横截面”信息,无法整体评估血管连通情况,也较难发现病变区域。
“MOST仪器的三维血管成像,能获取全脑所有血管信息,且能清晰地看到血流走向,为脑疾病相关诊断治疗提供科学依据。”陈谦说。
生物组织的精细三维成像,对药物研究也大有裨益。比如给一只患肺病的小鼠服用带荧光的药物,通过MOST仪器成像,可以看到药物在不同组织器官是如何分布的,是否全部覆盖病变区域,从而了解药物的作用机理和效果。
关键核心技术国际领先
2012年,沃亿生物在光谷成立。第二年,沃亿生物以1000万元购买了华中科技大学骆清铭教授主导研发的MOST专利技术。
专利买回来后,沃亿生物研发人员开始消化技术,“MOST是国际前沿技术,在产品化过程中,很多问题没有解决方案可供参考,只能摸着石头过河。”
第一代MOST产品的落地,陈谦和团队花了2年多时间,仅调整方案就历经6轮。
例如设备的水循环系统,需要把残渣抽到过滤器里,再把清水排下来。水过滤是有压力的,但MOST设备要求不能有压力。“我们买了市面上所有的过滤装置,试过都不行,只得自己研发。这么一个物件,工程师做了不下10种备选方案。”陈谦说。
2016年、2019年,沃亿生物先后推出第二代、第三代系列产品,可快速对不同大块生物组织进行微米级三维成像,共拥有29项技术专利。
“目前,世界上做生物组织三维成像设备的企业刚刚起步。我们的MOST技术,已经走在赛道前列,处于世界领先水平。”陈谦说。(湖北日报全媒记者 刘洁 通讯员 汪慧)
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