想象一下，能够在细胞水平上理解并看到人体器官的复杂结构。2月13日，一组在德国的研究人员埃蒂尔克实验室，在研究所中风和痴呆研究慕尼黑（ISD）在路德维希马克西米利安大学医院发表了一篇论文基于一种新技术，可以使完整的人体器官透明。借助显微成像，他们可以在细胞水平上观察透明器官的潜在复杂结构，从而产生可以用作3D生物打印技术模板的器官图，并最终有助于创建按需人工器官针对有需要的患者。此外，研究人员认为，组织工程方面的努力需要通过包括3D生物打印在内的新兴技术来复制人体器官的细胞图，以复制大规模的人体组织和器官。

这一切都归功于一项名为小胶束介导的人类orgAN有效​​清除和标记（SHANEL）的新技术的开发，该技术使研究人员能够绘制出完整的大型哺乳动物器官的细胞和分子结构图。遗传学和神经科学专家AliErtürk 是德国环境卫生研究中心组织工程与再生医学研究所（ITERM）的负责人，同时也是ISD的首席研究员，他发表了这一开创性项目的发现，该项目使用了显微成像技术来揭示通过在科学杂志《细胞》中透视人体器官的复杂结构来发现它们的基本结构。

与22名研究同事（包括山赵，英戈·贝希曼，马可· 杜林，奥利弗·布伦斯，比昂·门泽，维克多·普勒斯，扬·利弗特和埃克哈德·沃尔夫）一起，他们创造了SHANEL，这是一种基于新的组织通透性方法的健壮且无偏见的技术，可以清除并标记僵硬的人体器官，并绘制完整的大型哺乳动物器官的细胞和分子结构图。科学家团队使用这种新方法来提供透明完整的成年人类大脑和肾脏，并使用厘米级深度的抗体和染料进行3D组织学检查。因此，以细胞分辨率揭示了完整的人眼，人甲状腺，人肾和转基因猪胰腺的结构细节。

埃尔图克（Ertürk）在他的Twitter帐户中建议：“映射人脑或其他器官是向前解读它们在健康和疾病中的功能的关键一步。” 他还宣称自己的信念：“ SHANEL可以帮助在分子水平上绘制人脑图，并为3D生物打印技术提供人体器官的细胞蓝图，以按需制造新器官。”

根据德国环境卫生研究中心发布的消息，解密人体器官的结构复杂性一直是一项重大挑战，因为缺乏在细胞水平上对它们进行成像的技术。该出版物表明，完整人体器官作图的进展有限，特别是在解析解剖结构复杂性方面，主要是由于缺乏可扩展的技术来在细胞水平上对人体器官成像。尽管磁共振成像（MRI）可以为包括大脑和肾脏在内的人体器官提供纵向成像，但它缺乏细胞分辨率。

研究人员最近在组织清除方面取得了进展，使他们能够获得3D打印透明小鼠器官的第一张细胞图。在先前的工作中，研究人员应用了一种技术，可使死老鼠变得透明而坚硬，像塑料一样，从而使研究人员对不同类型的细胞在体内如何相互作用具有前所未有的认识。这种方法允许科学家在扫描整个身体的同时查明动物体内的特定组织。然而，与人体器官的工作并不相同，因为由于已经增长了几年甚至几十年的组织中不溶性分子（包括胶原蛋白）的积累，它们变得特别僵硬。

为了克服这一挑战，他们不能使用用于使小鼠器官透明的传统洗涤剂，因为它们不能作用于人体器官，特别是成人器官。他们发现，经过精疲力尽的试验后，研究小组发现名为CHAPS的清洁剂会形成较小的胶束，从而使老年人体器官完全透化，并且可能在整个硬质器官上形成小孔。CHAPS允许其他解决方案深入厘米厚的人体器官，并将其转换为透明的结构。

 “我们必须彻底改变我们的方法，从头开始寻找能够使人体器官透明的新化学物质，”德国环境卫生研究中心博士生，该研究的第一作者山赵说。

“组织清除方法在啮齿动物组织上效果很好，但在僵硬和老化的人体器官上效果较差。使整个人体器官透明化需要一种新方法。我们确定了CHAPS，一种可以渗透老化的人体器官的洗涤剂。此外，我们使用了乙酸和盐酸胍来增强分子标记的深度，”Ertürk在他的Twitter帐户中继续说道。

专家还建议与LaVision BioTec（德国神经科学，免疫学，肿瘤学和发育生物学研究的高级显微镜解决方案的开发商和制造商）合作，帮助他们创建原型光片显微镜，并将其扩展到对人体成像的阶段与肾脏一样大的器官（大小为11.5厘米x 8.2厘米x 3厘米）。Iso 团队开发了深度学习算法，可以快速，准确地分析大脑扫描产生的数亿个细胞。

此外，在使人体器官透明（这是从德国莱比锡大学的 Bechmann实验室验尸后获得的）之后，该团队不得不应对器官成像和大量结果数据分析方面的其他挑战。首先，他们与Miltenyi Biotec合作开发了一种新型的激光扫描显微镜，其具有大的样品容纳能力，称为“ Ultramicroscope Blaze” 。这种显微镜可以对像肾脏一样大的人体器官成像。接下来，该团队与慕尼黑工业大学（TUM）的Bjoern Menze一起，开发了深度学习算法，能够分析3D亿万个细胞。

Ertürk还描述了一些缺点，他希望这些缺点将在将来得到纠正：该方法不能消除人体组织的高自发荧光；仍然没有光片显微镜系统可以扫描人的大脑。SHANEL预处理仅适用于部分商品化抗体进行深层组织标记；根据器官的大小，标记和清除过程仍需花费数月的时间；他们的机器学习算法仅用于分析细胞体，而每个结构（例如血管和神经元）都需要新的算法，而最佳的人体器官定位将需要非常新鲜的器官，例如死后不久的器官，这非常困难来。

该工作在ISD，德国环境健康中心，慕尼黑路德维希马克西米利安斯大学（TUM）进行，并得到了德国研究基金会，NVIDIA，弗里茨·蒂森基金会，美国国立卫生研究院和欧洲研究理事会（ERC）的支持。

在过去的几年中，科学家们试图创造出可以使整个器官清晰的方法，从而可以研究其内部结构。这项新技术产生了难以置信的详细3D器官图谱，这要归功于它们现在处于透明状态，并添加了特殊的染料，使研究人员可以在细胞水平上绘制肾脏，眼睛和大脑的图谱，这有一天可以帮助科学家3D打印器官。例如，他们认为了解人类肾脏的3D结构对于组织工程工作非常有价值，这些工作旨在使用3D生物打印技术来生成人造肾脏，而这种技术需要对完整的人类肾脏进行详细的细胞和分子知识复制。

现在，多亏了SHANEL，在透明的人体器官中端对端传播的聚光光的蜂窝3D地图具有如此复杂的细节水平，换句话说，将来可能成为科学家尝试的垫脚石。生物制造器官。

Ertürk表示：“数十万人的器官捐赠者非常短缺。” “患者的等待时间和移植费用是真正的负担。有关人体器官细胞结构的详细知识使我们朝着按需人工创建功能器官迈出了重要的一步。”