导语
在传统组织学研究中，我们最常用的策略是对生物组织进行切片，再用显微镜进行观察。显微镜下的组织切片，让我们清楚看到细胞与局部结构的细节，但原来的三维结构被拆解成二维却割裂了组织的整体性，这就好比只看一部电影的单帧静止画面，虽然能捕捉细节，但缺乏连续性和叙事完整性，观众也无法通过单帧画面体会电影的内核。
对于类器官等三维培养体系而言，这一问题更为突出。类器官具有高度复杂且自组织化的内部结构，包括不同细胞类型的空间分布、腔道形成以及潜在的血管化过程。常规切片方法难以在整体水平上揭示这些空间格局，从而限制了对其发育动力学、病理变化及药物反应的系统解析。因此，如何在保留组织完整性的前提下，实现全样本的深层成像，成为推动类器官研究及空间生物学发展的关键需求。
组织透明化（tissue clearing）技术正是在此背景下逐渐兴起。
什么是组织透明化？
简单来说，组织透明化就是利用化学方法去除或均一化组织中的光散射成分（主要是脂质），让光线能够穿透，从而实现整体透明。
（Sung, Kevin et al, 2016）
组织透明化的概念并非全新。早在19世纪末和20世纪初，科学家就尝试利用有机溶剂（如甲苯、氯仿）使动物或植物组织透明，以便在显微镜下观察内部结构。然而，当时的技术受限于显微成像手段，难以对大体积组织进行高分辨率、三维化的系统观察。近十年来，随着光片显微镜（light-sheet microscopy）、多光子显微镜（multiphoton microscopy）以及荧光标记技术的发展，组织透明化技术获得了飞速进展。
（ZEISS）
目前常见的透明化方法大致有三类：
1、基于有机溶剂的透明化方法
- 原理：使用有机溶剂去除组织中的脂质，同时调整折射率，使组织变透明。
- 代表方法：
BABB：早期经典方法，适用于小体积组织，处理速度快，但易导致蛋白质和荧光信号损失。
3DISCO / uDISCO / iDISCO：现代改进版本，体积较大的组织也可处理，适合结合免疫荧光染色，但部分荧光蛋白仍易衰减。
- 优点：处理速度快，对大体积组织可高效透明化。
- 缺点：荧光蛋白稳定性差，需要使用有机溶剂，对实验者有一定毒性。
2、基于水溶性高折射率溶液的方法
- 原理：利用高折射率水溶液（如甘油、蔗糖、聚乙二醇等）调节组织折射率，同时部分去除脂质。
- 代表方法：
Scale / ScaleS / ScaleSQ：对神经组织尤其有效，保留荧光蛋白稳定性高，但透明化速度较慢。
CUBIC：兼顾蛋白质与荧光蛋白保存，可用于全脑或全鼠胚胎透明化。
SeeDB / FRUIT：温和去脂，荧光保存好，适合长期成像。
- 优点：荧光蛋白和抗体信号保存好，安全性高。
- 缺点：透明化时间较长，大体积组织处理效率低于有机溶剂方法。
3、基于水凝胶包埋的方法
- 原理：用水凝胶固定蛋白质与核酸，然后去除脂质，同时保持组织三维结构。
- 代表方法：
CLARITY：经典水凝胶法，蛋白质和荧光蛋白保存良好，可多次免疫染色。
SHIELD：兼顾结构保护和荧光信号保存，适合长期存储组织。
- 优点：结构保持完好，可重复染色和多轮成像。
- 缺点：操作复杂，耗时长。
最新透明化技术进展：VIVIT技术（Cell, 2025）
近日，清华大学生物医学工程学院苑克鑫副教授团队提出了“玻璃态组织透明化”技术 Vitreous Ionic-liquid-solvent-based Volumetric Inspection of Trans-scale biostructure（简称：VIVIT），这一创新方案让离体生物组织在不被破坏、无形变的前提下，以原貌的三维结构呈现在镜头前。
它的核心思路是：利用离子液体（Ionic Liquids, ILs），让组织进入一种类似玻璃的“无晶体固态”状态。这样一来，组织不再因冰晶而受损，透明度更高，同时还能显著增强荧光信号。
VIVIT的优势：
- 零冰晶损伤：在低温下不会结晶，可实现无损冷冻保存和切片；
- 形态稳定：组织几乎不收缩、不膨胀，形态高度保真；
- 荧光增强：多种荧光分子在IL中信号强度提升2-38倍；
- 跨尺度成像：既能做全脑、全器官级别的成像，也能追踪到突触甚至树突棘水平。
（左：经过VIVIT处理后的样本无冰晶损伤 右：VIVIT能够实现多倍增强荧光）
（图：VIVIT重构脑组织三维全景）
通过VIVIT，研究人员首次完整描绘了单个丘脑神经元从全脑输出到突触输入的跨尺度连接，展示了组织透明化在神经科学中的巨大潜力。
组织透明化在类器官研究中的价值（Frontiers, 2021）
2021年，Etsuo A. Susaki和Minoru Takasato发表了一篇综述，系统总结了透明化如何扩展类器官研究的边界。
- 整体三维重建：避免切片带来的信息丢失，真实呈现类器官的空间结构；
- 定量分析：通过三维数据提取细胞数量、分布和结构变化，实现更精确的统计；
- 高通量筛选：透明化可与成像自动化结合，用于药物筛选和基因扰动实验；
- 质量控制：在临床级类器官生产中，可作为结构完整性与一致性评估手段。
（图：肾脏类器官的CUBIC透明化与三维成像）
可以说，组织透明化技术正在成为类器官研究的关键助手，让类器官从“被培养出来”到“被看清楚”，真正成为可解析、可利用的研究工具。
结语
组织透明化技术，就像给科研人员戴上一副“透视眼镜”。它让我们能真正走进组织的三维世界，看到其中的结构与动态。
这副“透视眼镜”也使类器官研究突破了传统二维观察的限制，提供了完整三维、空间精确、多标记和定量化的分析能力。结合现代显微成像手段，它已经成为类器官功能研究、发育机制解析及疾病模型分析不可或缺的工具，为生命科学研究提供了全新的视角。
图片来源&参考文献
[1]Sung, Kevin et al. “Simplified three-dimensional tissue clearing and incorporation of colorimetric phenotyping.” Scientific reports vol. 6 30736. 8 Aug. 2016, doi:10.1038/srep30736
[2]Susaki, Etsuo A, and Minoru Takasato. “Perspective: Extending the Utility of Three-Dimensional Organoids by Tissue Clearing Technologies.” Frontiers in cell and developmental biology vol. 9 679226. 14 Jun. 2021, doi:10.3389/fcell.2021.679226
[3]Gao, Yixiao et al. “VIVIT: Resolving trans-scale volumetric biological architectures via ionic glassy tissue.” Cell, S0092-8674(25)00813-X. 5 Aug. 2025, doi:10.1016/j.cell.2025.07.023
[4]Dekkers, Johanna F et al. “High-resolution 3D imaging of fixed and cleared organoids.” Nature protocols vol. 14,6 (2019): 1756-1771. doi:10.1038/s41596-019-0160-8
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