Технология ELAST делает ткани эластичными и долговечными для облегчения визуализации

Команда исследователей MIT разработала химический процесс, делающий биологические ткани растяжимыми, сжимаемыми и практически неразрушимыми. Это значительно упрощает визуализацию клеток и молекул в мозге и других крупных органах.

Суть технологии ELAST:

• Описана в новой статье в Nature Methods.
• Позволяет быстро проводить флуоресцентное мечение клеток, белков, генетического материала и других молекул в мозге, почках, легких, сердце и других органах.
• Растяжение или сжатие ткани ускоряет диффузию мечащих зондов.
• После многократных циклов растяжения/сжатия для ускорения мечения ткани возвращаются к исходной форме без изменений, за исключением новых меток.

Контекст разработки:

• Технологию ELAST разработала лаборатория Кванхуна Чунга в рамках пятилетнего проекта NIH по созданию самой полной карты человеческого мозга.
• Это требует многократного мечения и сканирования толстых срезов мозга с сохранением 3D-структуры на протяжении многих лет.
• "Когда люди жертвуют свой мозг, это как если бы они жертвовали библиотеку... Мы должны иметь возможность многократно получать доступ к библиотеке, не повреждая ее", — пояснил Чунг.

Как это работает:

• В основе — особая формула геля на основе полиакриламида.
• В отличие от предыдущих методов (например, CLARITY), используется высокая концентрация акриламида с минимальным количеством сшивающего агента и инициатора.
• Образуется сеть длинных полимерных цепей со "скользящими" связями, что обеспечивает структурную целостность и гибкость.
• Клетки и молекулы ткани не прикрепляются к цепям, а "запутываются" в этой сети, что позволяет ткани выдерживать деформации без разрывов.

Результаты:

• Ткани мозга человека или мыши можно растянуть в 2 раза по длине и ширине или сжать по толщине в 10 раз с минимальными искажениями после возврата к исходному размеру.
• Полная пропитка крупного образца полиакриламидом может занимать до 21 дня, но последующие этапы мечения проходят намного быстрее.
• Пример: срез человеческого мозга толщиной 5 мм был полностью промаркирован за 24 часа благодаря многократному сжатию. Для сравнения, метод CLARITY (2013 г.) требовал 24 часа для мечения среза толщиной всего 0.5 мм.
• Расчеты показывают, что мечение с ELAST происходит примерно в 100 раз быстрее, чем с CLARITY.

Перспективы:

• Технология применима не только к мозгу, но и к другим органам для картирования клеток.
• Метод создания прочного эластичного геля может найти применение и в других областях, например, в мягкой робототехнике.