Cell重磅：构建涵盖整个器官和全身所有细胞的三维图谱

在传统的病理生理学研究中，二维（2D）分析——即观察薄切片组织——一直是主流方法，这使得全面了解细胞在整个器官或整个机体中的分布变得困难。因此，亟需一种新的分析平台，以定量阐明机体的发育过程、药物疗效和不良反应，以及疾病相关的整体器官或整体变化。

为了应对这一挑战，由东京大学医学研究生院教授上田弘树（同时也是久留米大学特聘教授）领导的研究小组，以及访问研究员吉田翔太和松本胜彦，构建了一个三维（3D）图谱（CUBIC器官/身体图谱），涵盖了整个器官和整个身体的所有细胞。

该研究团队优化了组织透明化技术（CUBIC 方法），使其适用于新生小鼠的单个器官和全身组织，同时开发了一种新型三维成像技术，能够在大视野范围内进行高分辨率成像。此外，研究人员从采集的三维图像中提取了每个细胞的位置信息，从而构建了包含整个器官和全身所有细胞的三维图谱。因此，研究人员能够利用相同的参考框架，对来自不同个体或不同实验条件下获得的细胞分布进行叠加和比较。

本研究构建的涵盖所有器官和全身的三维细胞图谱有望成为一项基础技术，用于定量评估发育生物学、生理学和病理学等领域中全身尺度的细胞分布和细胞数量变化。借助这项技术，以往仅限于局部区域的分析现在可以在整个器官或全身的背景下进行比较和研究。此外，通过将获得的三维图谱数据与现有的基因表达数据和二维空间组学数据（例如空间转录组学）相结合，可以推进形态学和分子信息的整合分析。这种整合分析有望提高对疾病的理解精度，并创建用于病理状况分析的新指标。本研究建立的分析平台预计将在从基础研究到应用研究的各个领域得到广泛应用，作为一个基础平台，它能够发展成为下一代三维病理诊断技术，补充和扩展传统的二维病理诊断，并有望应用于未来的人体组织研究。

*1 3D 图集（CUBIC 器官/身体图集）

本研究利用三维图像数据，对器官和全身进行分析，并添加了器官和结构的位置信息。具体而言，本研究以三维方式记录了整个器官或全身所有细胞的位置，并将其分割成不同的区域。

*2组织透明化技术（CUBIC 方法）

2014年，RIKEN开发了一种组织透明化技术，能够对器官和整个身体进行三维观察。该技术通过去除生物组织中的脂质和色素并匹配折射率，在保留整个器官或生物体三维结构的同时，实现对内部结构的三维观察。CUBIC是“Clear, Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis”（清晰、无阻碍的脑/体成像鸡尾酒和计算分析）的缩写。

这一成果得到了日本科学技术振兴机构（JST）先进技术探索研究（ERATO）计划“上田生物计时项目*”（JPMJER2001）的支持。

*本项目以睡眠-觉醒节律为模型系统，发展“旨在增进对人类理解的系统生物学”，目标是阐明从分子到生活在社会中的个体的“生物时间”信息。