直播预告 | 打破速度枷锁！全身神经实现高效透明化全域成像

小鼠三维神经投射网络图谱绘制是解析中枢与外周神经连接的核心手段，北京脑科学与类脑研究所赵瑚课题组自主研发TESOS透明化包埋技术，突破传统透明化难以同步兼顾软硬组织、无法实现复杂组织高分辨率成像的局限，可将全脑或者复杂外周组织器官透明化包埋为高强度透明树脂包埋样本，配合分层切片成像流程，实现全域神经环路高分辨重建。而徕卡THUNDER Imager Cell Spinning Disk转盘共聚焦成像系统，精准匹配TESOS分层成像工艺，解决传统点扫描共聚焦速度慢、周期冗长的核心痛点，构建高效、完整的大样本透明化成像工作流。

TESOS技术的分层成像工艺与传统设备核心痛点

TESOS透明化样本具备优异机械切割性能，适配石蜡切片机逐层切削成像标准流程：结合40/1.3NA 油镜，设备单次可完成最高350μm深度组织三维成像，完成当前深度层拍摄后，借助课题组定制专用样本支架将样本精准复位固定，用石蜡切片机切除约300μm表层组织，重新放回显微镜下对深层组织继续成像，循环往复直至完成全样本的三维数据采集，最终通过软件拼接所有分层图像，重构完整三维图像重建。

在徕卡THUNDER系统投入使用前，课题组长期采用传统激光点扫描共聚焦开展分层拍摄，整套实验存在难以规避的致命短板：

1、成像效率极低，实验周期大幅拉长

点扫描依靠单点激光逐像素采集图像，面对TESOS厚透明样本逐层扫描时耗时极长。单批次样本需要数十轮“成像—切片—复染"循环，每层数百微米组织扫描动辄耗费数小时，整套样本完整成像往往需要数天乃至数周，大量科研人力、耗材被无效等待占用，大幅降低样本制备与数据产出通量。

2、长时间扫描加剧荧光淬灭，数据完整性受损

转基因小鼠依靠红绿内源荧光标记神经纤维，点扫描长时间持续激光照射会造成严重光漂白，深层组织、纤细外周神经的荧光信号持续衰减，部分神经分支标记丢失，最终拼接的三维图谱出现断层，影响神经纤维走向、突触连接关系的精准观测。

3、多层数据拼接稳定性不足

点扫描为缩短时长常被迫下调采集分辨率，获取的图像像素、细节精度无法满足后期软件三维合成要求，分层图像拼接时出现错位、细节模糊，无法实现单细胞级神经结构可视化。

徕卡THUNDER转盘共聚焦：适配TESOS分层成像的核心技术优势

THUNDER Imager Cell Spinning Disk系统搭载15000转高速CrestOptics转盘与THUNDER图像加强技术，并行多点扫描模式从底层解决点扫描固有缺陷，契合TESOS逐层切片成像全流程需求：

1、成像速度提升十倍，大幅压缩全域样本拍摄周期

转盘共聚焦依靠大量针孔进行成像，同一视野采集时间仅为传统点扫描系统的1/10。针对TESOS单次数百μm成像深度的分层采集需求，每层扫描时长从数小时缩短至数十分钟，单只完整小鼠全脑成像周期从一周压缩至48小时完成，批量样本处理能力显著提升，大幅释放课题组TESOS技术迭代、多组别对照实验的科研效率。

2、350μm深层清晰成像，适配TESOS厚透明样本光学切片

依托LVCC大体积图像加强技术，系统可实时剥离厚样本离焦模糊杂光，最高支持350μm深度无伪影光学切片，匹配TESOS单次成像深度标准。即便经过透明化固化的高密度小鼠躯体组织，深层脊柱、内脏、四肢外周神经的微弱内源荧光也能清晰分离，无需反复调整物镜、激光参数，每层成像一次即可获取完整多层光学切片数据。

3、低光毒性保护荧光标记，保障分层数据一致性

并行多点扫描大幅降低单位区域激光照射剂量，光漂白、光毒性远低于单点扫描模式。在数十轮“成像-切片-复染"循环中，每层神经荧光信号强度稳定可控，不会出现深层结构标记丢失问题，保证前后分层图像荧光强度统一，为后期完整神经网络三维拼接提供标准化原始图像。

4、成像精度满足三维重建标准，还原完整神经连接细节

系统实测横向表观分辨率和像素精度匹配后期软件处理和三维重构的运算要求。分层图像拼接无细节丢失，可完整呈现大脑皮层神经元、背根神经节投射、四肢外周神经、全身神经网络的细微分支，支撑课题组直接观测神经纤维全身分布、走向与突触连接关系。

THUNDER系统与TESOS技术协同，构建全身神经图谱完整工作流

二者形成标准化闭环实验流程，打通大样本透明化从样本制备到全域三维重建全链路：

• 前置筛选：A238房间Leica M205FCA荧光体视显微镜完成转基因红绿荧光小鼠初筛、精准取材；

• TESOS固化：样本经梯度透明、UV包埋固化，形成可切削高强度透明包埋小鼠标本；

• 分层成像循环：THUNDER转盘共聚焦完成350μm深度光学切片采集→样本支架精准复位转移至石蜡切片机切除300μm表层组织→再次上机扫描；

• 数据整合：所有分层高精度图像导入赵瑚老师的专门软件，完成自动拼接、神经纤维分割、三维神经网络重建，产出全脑或者全器官神经投射图谱。

整套流程依托THUNDER的高速成像能力，解决了此前制约TESOS技术规模化应用的最大时效难题，加速颅颌面发育、外周神经损伤、神经环路连接等方向的基础研究产出。

总结

针对TESOS全身透明化分层成像的独特工艺，徕卡THUNDER Imager Cell Spinning Disk转盘共聚焦以十倍于传统点扫描的成像速度、350μm深层高清采集能力、低光毒无损荧光成像三大核心优势，直击过去全域神经图谱实验周期长、荧光易淬灭、重建精度不足的痛点。硬件性能与赵瑚课题组原创TESOS透明化技术深度适配，搭建起高效、稳定的大尺度模式动物三维神经成像平台，为国内全身神经连接图谱、组织透明化前沿研究提供标准化高速成像解决方案，持续推动脑科学基础研究的原始创新突破。

直播时间：9月10日 13:30-14:30

直播位置：徕卡线上直播间

主讲人简介

赵瑚

北京脑中心高级研究员

基于透明化包埋技术的中枢和外周神经投射图谱成像

2001年于四川大学华西口腔医学院获得口腔医学博士学位，2003年于University of Virginia获得生物学硕士学位，2011年于UCLA牙学院获得临床牙科博士学位 (DDS)。于2003-2009和2011-2015在University Of Southern California牙学院柴洋实验室从事博士后工作，于2016年加入Texas A&M University牙学院从事助理教授工作和兼职临床牙医工作。于2021年通过大学tenure委员会的评审。赵瑚于2021年八月份入职北京脑科学中心。曾以第一或者通讯作者在Cell Stem Cell, Nature Cell Biology, Developmental Cell, Cell Research等杂志发表文章。

赵瑚实验室的研究方向集中在两个领域。

1. 开发基于新型透明化技术的中枢和外周神经组织连接图谱成像平台。他的实验室开发了PEGASOS透明化技术，目前已经被许多实验室广泛运用于各类软硬组织的透明化和三维成像研究。他进一步提出了透明化包埋的新概念，研发出了TESOS技术并基于此技术在北京脑科学中心建设开发中枢与外周组织神经投射图谱的高速高分辨成像平台。

2. 内皮干细胞的研究。

3. 颅颌面发育与干细胞生物学，研究颅颌面软硬组织的发育还有成体颅颌面牙，骨组织的干细胞调控机制。

郑晓业

徕卡显微系统（上海）贸易有限公司产品经理

THUNDER Imanger Cell Spinning Disk介绍

本、硕和MBA分别毕业于湖南师范大学、中南大学和英国曼彻斯特大学，现为徕卡显微系统宽场产品经理，负责生命科学显微镜相关的产品管理工作。具有十余年生物教育、生命科学和医学研究及应用的相关经验。

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