突破组织三维成像难题！清华苑克鑫团队《细胞》带来“玻璃态”透明化技术
学术经纬约 4 分钟三维组织结构承载着丰富的生物信息，是理解生物体功能与疾病病理的核心依据。但长期以来，科学家对它的理解几乎都依赖于二维切片来实现：样本要被切成几十甚至上百层，再逐张拼接还原。这种方式不仅耗时耗力，还容易因物理切割造成组织变形或结构断裂，导致空间信息缺失、误判频出。
为此，组织透明化技术逐步兴起，该技术通过化学方法使完整组织变得光学透明，试图在不切片的前提下直接实现深层成像。但受限于处理过程中组织膨胀收缩、荧光信号损耗、冷冻易损等难题，目前多数方案仍难以兼顾结构稳定性、信号强度与染色处理等核心指标。
本周，清华大学生物医学工程学院苑克鑫教授团队在《细胞》发表了一篇研究论文，首次提出并验证了一种名为“Vitreous Ionic-liquid-solvent-based Volumetric Inspection of Trans-scale biostructure”（基于离子液体的生物组织玻璃态透明化技术，以下简称VIVIT）的全新生物组织处理方法。借助VIVIT，研究者实现了组织在玻璃态下的高保真三维成像。这一研究解决了长期以来组织透明化领域存在的结构变形、信号衰减、冰晶破坏等技术瓶颈，为基础研究、病理分析、甚至AI辅助诊断等应用打开了新的空间。
与传统组织透明化技术不同，VIVIT 并不是单纯追求“透明”，而是在透明的同时，尽可能保留组织原始的结构与信号。通过团队自主研发的高折射率离子液体，VIVIT首次实现了将不透光的生物组织转变为“玻璃态”——一种既稳定，又通透的状态。
▲VIVIT技术揭示人类大脑皮层的微连接性（图片来源：研究团队提供）
在这一过程中，组织几乎不会膨胀或收缩，变形率控制在1%以内。即使是如脑组织这类结构精密、连接复杂的样本，也能在VIVIT处理后保持其原始结构，从而使包括神经突触在内的亚细胞级精细结构得以清晰呈现。这种结构保真的能力，为后续的组织三维空间重建提供了数据基础。
▲经过VIVIT处理后的组织能够在无形变的情况下实现透明化（图片来源：研究团队提供）
实验显示，在经过离子液体处理后，多种常见荧光染料的信号强度可提升至原始的2到30倍，使以往组织中难以检测的微弱标记也能清晰可见。同时，由于其玻璃态的物理性质，VIVIT也打破了生物样本冷冻保存的限制，样本可在-80℃下长期保存，避免因冰晶形成导致的撕裂与机械性损伤，真正实现了冷冻切片的结构无损。这种结构稳定性和信号保真性，为后续的数据获取与空间重建提供了基础。
经过VIVIT处理后的组织可进行多轮免疫染色，且每一轮染色成像后的信号依然清晰，组织结构保持稳定。这使得研究者能在同一样本上依次识别多个分子靶点，获取更丰富的空间信息。与此同时，配合团队自研的重建算法，VIVIT也支持组织连续切片的图像拼接，可构建从单细胞到全器官的三维图谱，实现生物结构的跨尺度还原。
▲VIVIT整合宏观到微观的脑图像（图片来源：研究团队提供）
从组织透明化到多模态染色再到三维重建，研究首次提出了一套贯穿样本处理与空间结构分析的完整技术路径，为高分辨率的组织建模和空间数据获取提供了系统化解决方案。
未来，研究团队将继续推进 VIVIT 技术在生命科学、精准医疗与智慧诊断等领域的应用探索，并期待其在与AI等新兴技术的结合中，释放空间结构信息更大的科研与临床应用价值。
原始论文：
[1] VIVIT: Resolving trans-scale volumetric biological architectures via ionic glassy tissue. Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.023
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