人類對大腦結構與功能的探索始終是科學界的核心命題。傳統成像技術雖能提供宏觀解剖信息，卻難以捕捉單細胞水平的精細結構。光學顯微技術雖具備高分辨率，但生物組織的光散射特性嚴重限制了成像深度。光學組織透明化技術經歷了從溶劑法到水凝膠介導的主動透明化方法的迭代升級，逐步實現了小鼠全身單細胞分辨率成像，并開始向靈長類及人腦組織拓展。其核心價值在于保留樣本完整性的同時，支持多輪分子標記與多重信息提取，為神經環路重建、腦疾病機制解析和發育動態追蹤提供了不可替代的工具。然而，如何在透明化效率、形態保真度與分子兼容性之間取得平衡，仍是技術優化的核心挑戰。

研究背景與技術挑戰
光學散射的本質與透明化原理
生物組織的光散射主要源于水分（折射率1.33）與脂質、蛋白質（折射率1.50）之間的折射率差異。傳統組織切片技術雖能部分解決這一問題，但切片損傷與三維重建誤差限制了其在復雜神經網絡研究中的應用。光學透明化技術通過化學置換或物理去除高折射率成分，實現了組織光學均勻性提升，使深層熒光顯微成像成為可能。

技術瓶頸與適配性差異
不同組織類型對透明化試劑的響應差異顯著。溶劑法雖能快速脫脂，但易導致熒光淬滅和樣本收縮；水凝膠法雖保留分子完整性，卻需復雜電泳設備；而單純水化法則受限于透明化速度與樣本尺寸。此外，大體積樣本的均勻標記、成像設備的通量限制，以及海量數據的自動化分析，仍是阻礙技術規模化應用的關鍵瓶頸。

技術創新與應用
在腦科學領域已展現多維應用價值。神經環路重建方面，結合稀疏病毒標記與光片顯微，實現了小鼠嗅覺球內僧帽細胞的完整連接圖譜解析，揭示了嗅覺信息編碼的非冗余性特征；全腦細胞圖譜構建中，CUBIC技術配合轉基因熒光蛋白，構建了可編輯的小鼠全腦單細胞圖譜，支持神經元亞型空間分布的可視化與量化；疾病模型解析中，iDISCO+技術揭示了阿爾茨海默病模型小鼠β淀粉樣斑塊的時空演化規律，發現海馬區血管形態異常早于認知衰退；腦血管網絡可視化方面，SeeNet技術通過膽鹽透明化與血管鑄型，實現了皮層血管平行排列模式的三維解析，為腦缺血再灌注損傷研究提供了新視角。

成像實驗與結果分析
高分辨率成像技術的協同創新
光片顯微鏡與雙光子成像的協同創新，顯著提升了透明化樣本的成像效率。以CLARITY技術為例，其透明化的小鼠全腦經多輪免疫標記后，可在光片顯微鏡下以2μm體素分辨率采集數據，完整呈現基底前腦膽堿能神經元的全腦投射網絡。實驗數據顯示，中腦多巴胺能神經元在黑質致密部的空間聚類特性，與帕金森病模型中的選擇性退行高度相關。

總結與展望
光學組織透明化技術通過突破生物組織光散射限制，實現了從宏觀解剖到單細胞水平的三維解析，成為解密腦功能與疾病機制的“終極透鏡”。其核心價值在于兼容分子標記、形態保真與大數據挖掘，已在神經環路重建、腦疾病時空演化分析及發育動態追蹤中展現革命性作用。當前技術不僅實現小鼠全腦單細胞成像，更向靈長類及人腦拓展，如SHANEL技術首次實現成人全腦透明化，揭示皮層血管的種屬特異性分支模式。隨著光學工程、計算生物學與臨床神經科學的深度交叉，該技術有望成為貫穿基礎研究到臨床診療的全鏈條工具。

論文信息
聲明：本文僅用作學術目的。
Liang X, Luo H. Optical Tissue Clearing: Illuminating Brain Function and Dysfunction. Theranostics. 2021 Jan 1;11(7):3035-3051. 

DOI:10.7150/thno.53979.