CLARITY

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CLARITY는[1] 뇌 조직을 투명하게 하는 실험 기법이다. 처음 논문에서 정의된 것처럼, "온전한 생체 조직을 특정 구성 요소는 새로운 접근성 또는 기능성을 제공하는 외래 요소로 대체된 하이브리드 형태로의 변화"를 나타낸다.[1] 또는 유전자 기반의 라벨링을 동반하는 경우, CLARITY는 기관의 단백질과 핵산 구조, 특히 그것에 의해 개발되었다.[2]

광 및 분자 접근성을 향상시키기 위해 조직 내에서 아크릴 아미드 기반의 조직 - 겔 하이브리드를 구축하는 CLARITY 방법을 사용한 후속 발표 논문은 알츠하이머 병에 걸린 인간의 뇌,[3] 마우스 척수,[4] 다발성 경화증 동물 모델,[5] 식물,[6]에 관한 연구 및 공초점 현미경(F. Chen 등. Science, 2015년 1월)과 CLARITY-강화된 광시트 현미경 또는 COLM에서 사용하기 위한 조직의 확장 또는 부풀어오름을 포함하는 현미경적 방법들을 포함했다.[7]

절차

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CLARITY 영상을 적용하는 과정은 조직 샘플로 시작한다. 다음으로 거의 모든 원래의 과는 남아 있는 한편, 샘플의 성분은 제거되는 투명성 달성하기 위해 일련의 화학 처리가 적용되어야 한다.[1] 이 과정의 목적은 조직을 투명하게 만듦으로써 구성요소의 기능을 나타내는 부분(주로 단백질 및 핵산이다)의 상세한 현미경 조사를 가능케하는 것이다. 이를 위해, 지질 성분은 제거되는 한편, 기존의 단백질 구조는 그것을 보존하는 투명한 골격에 배치되어 있어야 한다. 이 '골격'은 아크릴 아마이드와 같은 하이드로 겔의 단량체로 구성된다. 유사 와 같은 분자의 첨가는 보존되어야 하는 단백질과 핵산에 골격의 부착을 용이하게 할 수 있고, 열의 첨가는 세포 성분 및 아크릴 아마이드 사이의 실제 결합을 확립하는데 필요하다.[8] 일단 이 단계가 완료되면, 지질 성분은 분리된 상태를 유지하는 한편, 상기 대상 조직 세포의 단백질 및 핵산 성분은 제자리에 견고하게 유지된다.[9] 이후, 지질은 1 ~ 2 주 이상 동안 세제의 수동 확산으로 제거되거나 전기 영동 방법에 의해 가속된다. 세제가 통과할 때, 세제의 친유성이 그 과정 중 지질을 찾아내어 잘라낼 수 있게 한다. 대다수의 비지질 분자는 아크릴 아마이드 겔 및 관련된 분자의 화학적 특성 때문에 이 절차에 의해 영향을 받지 않는다.[8] 최초 논문에 보고된 바와 같이, 조직이 이 과정에서 팽창하지만, 필요시 마지막 단계인 굴절율 정합 용액에 둠으로써 최초 사이즈로 복귀될 수 있다.[1] 이 단계에 이르면, 샘플은 영상을 위해 완전히 준비된다. 영상을 위한 대비는 체내 형광 분자들, 핵산 (DNA 또는 RNA) 라벨, 또는 특정한 표적 물질에 특이적으로 결합하는 가 사용되는 면역염색을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 항체들은 최종 영상 결과에 중요 요소인 태그로 표지된다. 표준 공 초점, 양 광자, 또는 광판 촬영 방법들은 모두 단백질 수준까지 방출되는 형광을 감지하기에 적합하고, 따라서 CLARITY가 만들어내는 최종 매우 상세한 3 차원 영상이 나오게 된다.[8] 샘플이 영상을 위해 면역 염색된 후, 항체들을 제거하고 새로운 항체들을 다시 적용하는 것이 가능하고, 따라서 샘플을 여러 차례 촬영할 수 있고 복수 단백질 유형을 타겟팅할 수 있다.[10]

응용

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뇌 영상의 측면에서, 막힘없이 상세하게 특정 구조를 보여주는 CLARITY 영상의 기능은 국부적 배선 (특히 에 관련하여), 신경 세포들 사이의 관계, 세포 내 구조물들의 역할, 단백질 복합체에 대한 더 나은 이해, 핵산 및 의 영상을 포함한 향후 응용을 전도유망하게 하였다.[1] CLARITY 영상을 통한 발견의 한 예는, 과 유사한 행동을 보이는 동물들에서 관찰되었던, 신경 세포들이 자신과 자신의 이웃에 다시 연결되는 특유의 '사다리'패턴이다.[11]

책임자 이미 이 도래하는 기술에 대한 자신의 희망을 아래와 같이 표현했다.[12]

"CLARITY은 강력하다. 그것은 연구자들로 하여금 전체적인 관점을 잃지 않고, 병에 걸리거나 손상된 구조에 초점을 맞추고, 신경 질환 및 장애를 연구하는 것을 가능하게 할 것이다. 그것은 우리가 전에 3차원에서 할 수 없었던 것이다.

— 프랜시스 콜린스

한계

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CARITY 방법은 지질 추출 후 단백질 보존의 전례 없는 수준을 달성했지만, 이 기술은 여전히 세제 전기영동 때마다 단백질의 약 8 %를 잃는다.[10] 항체 제거는 일반적으로 원래의 샘플을 만드는 것과 동일한 세제 과정을 통해 이루어지기 때문에, 단일 샘플의 반복된 영상은 이 손실을 증폭시킬 따름이다.[8] 그 기술의 또 다른 단점은 샘플을 생성하고 영상화하는데 걸리는 시간과 (면역 조직 염색만 수행하는데 6주가 소요된다.) 사용되는 아크릴 아미드가 매우 독성이 높다는 것도 또 하나의 문제이다.

각주

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  1. ↑ 가 나 다 라 마 Chung, K.; Wallace, J.; Kim, S. Y.; Kalyanasundaram, S.; Andalman, A. S.; Davidson, T. J.; Mirzabekov, J. J.; Zalocusky, K. A.; Mattis, J.; Denisin, A. K.; Pak, S.; Bernstein, H.; Ramakrishnan, C.; Grosenick, L.; Gradinaru, V.; Deisseroth, K. (2013). “Structural and molecular interrogation of intact biological systems”. 《Nature》 497 (7449): 332–337. doi:10.1038/nature12107. PMID 23575631. 
  2. ↑ Underwood, E. (2013). “Tissue Imaging Method Makes Everything Clear”. 《Science》 340 (6129): 131–132. doi:10.1126/science.340.6129.131. PMID 23580500. 
  3. ↑ Ando; 외. (2014). “Inside Alzheimer brain with CLARITY: senile plaques, neurofibrillary tangles and axons in 3-D”. 《Acta Neuropathol》 128: 457–9. doi:10.1007/s00401-014-1322-y. 
  4. ↑ Zhang M, 외. (2014). 《Proceedings of the National Academy of Sciences USA》 111: E1149–58.  |제목=이(가) 없거나 비었음 (도움말)
  5. ↑ Spence; 외. (2014). “Bringing CLARITY to gray matter atrophy”. 《NeuroImage》 101: 625–632. doi:10.1016/j.neuroimage.2014.07.017. 
  6. ↑ Palmer, William M.; 외. (2015년 9월 2일). “PEA-CLARITY: 3D molecular imaging of whole plant organs”. 《Nature Scientific Reports》 5: 13492. doi:10.1038/srep13492. 
  7. ↑ Tomer R, 외. (2014). “Advanced CLARITY for rapid and high-resolution imaging of intact tissues”. 《Nature Protocols》 9: 1682–97. doi:10.1038/nprot.2014.123. 
  8. ↑ 가 나 다 라 Charlotte Geaghan-Breiner (2013). “CLARITY Brain Imaging”. Stanford University. 
  9. ↑ Jensen, Kristian H. R.; Berg, Rune W. (2016년 6월 28일). “CLARITY-compatible lipophilic dyes for electrode marking and neuronal tracing”. 《bioRxiv》 (영어): 061135. doi:10.1101/061135. 
  10. ↑ 가 나 Shen, Helen (2013년 4월 10일). “See-through brains clarify connections”. 《Nature News》. 
  11. ↑ “See-through brains”. Nature Video. 
  12. ↑ Collins, Francis. “The Brain: Now You See It, Soon You Won’t”. 《NIH Directors Blog》. NIH.