当有一个棘手的问题需要解决时，人们有时会提供一些隐喻性建议，例如“伸展思想”或进行“灵活”的思考，但是面对许多生物医学研究实验室所面临的问题，麻省理工学院的研究人员设计了一种解决方案，更直截了当。为了使大脑和其他大型组织中的细胞和分子成像更容易，同时又使样品足够坚韧，可以在实验室中进行多年的处理，他们提出了一种化学过程，使组织可拉伸，可压缩且几乎坚不可摧。

在《自然方法》的一篇新论文中描述的“ ELAST”技术为科学家提供了一种非常快速的方法来荧光标记大脑，肾脏，肺，心脏和其他器官内的细胞，蛋白质，遗传物质和其他分子。这是因为当可以将此类组织拉长或压扁时，标记探针可以更快地注入它们。论文中的几个演示表明，即使在反复扩展或压缩以加快标记速度之后，组织也重新恢复了其原始形状，除了新的标记以外没有改变。

化学工程学副教授，麻省理工学院医学工程与科学研究所成员，皮克尔学习记忆研究所的成员Kwanghun Chung的实验室在一项由国家卫生研究院资助的为期五年的项目中开发了ELAST ，以绘制出整个人类大脑最全面的地图。这就要求能够在最厚的平板中标记和扫描每个精细的细胞和分子细节，以保留3D结构。这也意味着实验室必须能够将样本完整地保持多年，即使它们必须快速，有效地完成许多轮单独的标记。每轮标记-可能是一天中的特定种类的神经元，或者是第二天的关键蛋白-会告诉他们关于大脑的结构及其工作原理的新知识。

Chung说：“当人们捐赠大脑时，就像在捐赠图书馆一样。”“每个图书馆都包含有价值的信息。您不能同时访问该图书馆中的所有书籍。我们必须能够不损坏它地重复访问该图书馆。这些大脑中的每一个都是极其宝贵的资源。”

该研究的主要作者是前实验室博士后Taeyun Ku，现在是韩国高级科学技术研究院的助理教授。他说，处理人体组织的特殊困难(当然比老鼠等实验动物的困难大得多)激发了他采用这种新的工程方法。他说，在2017年圣诞节前后的一个实验室里，深夜里，他正在思考如何转化组织以便更快地进行标记，并开始通过反复压缩弹性凝胶来进行修补。

Ku说：“我们改变了思维方式：生物组织不需要非常生物。”“如果我们的目标不是成像生活事件，而是成像外观，我们可以在保持外观的同时改变组织的物质类型。我们的工作表明了大脑的高级工程如何使我们能够更好地观察大脑内部的内容。”

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团队对ELAST进行工程设计的努力归结为找到正确的凝胶状化学品聚丙烯酰胺配方。该研究的共同作者，化学工程研究生韦伯斯特·关(Webster Guan)说，在过去，钟氏用一种与交联化学物质不同的形式使用该物质，以使组织坚固但相当脆弱。当该配方注入组织时，细胞和分子将直接附着在网格状的网格上。

在新配方中，该团队使用了高浓度的丙烯酰胺，而交联剂和引发剂却少得多。结果是长的聚合物链与能够缠结的链环缠结在一起，使凝胶具有结构完整性，但具有更大的柔韧性。关说，不仅如此，组织的细胞和分子并没有附着在链上，而是纠缠在其中，进一步增加了注入丙烯酰胺的组织承受拉伸或挤压的能力，而不会在组织中造成任何撕裂或永久移位。处理。

在该研究中，研究小组报告了将人或小鼠的脑组织同时拉伸至其宽度和长度的两倍，或者将其厚度压缩10倍，恢复到正常大小后几乎没有变形。

他们写道：“这些结果表明，ELAST能够实现完全可逆的组织形状转换，同时保留组织中的结构和分子信息。”

他们报告说，将聚丙烯酰胺完全整合到大量组织中以达到弹性可能需要长达21天的时间，但是从那时起，任何单独的标记步骤(例如标记特定类型的细胞以确定其丰度)或特定的蛋白质来查看其表达方式，其过程比以前的方法要快得多。

在一种情况下，通过反复压缩人脑的5毫米厚的横截面，该团队只需24小时就可以完全贴上标签。为了进行比较，早在2013年，Chung及其同事首次推出了“ CLARITY”，这是一种使脑组织透明并用丙烯酰胺凝胶固定的方法，他们需要24小时才能将切片标记为厚度的十分之一。由于标记时间是通过平方探针必须穿透的深度来估算的，因此计算表明，使用ELAST进行标记的速度比使用CLARITY进行速度快100倍。

Chung说，尽管Chung的实验室主要集中在大脑，但对其他器官的适用性也可以帮助进行其他细胞定位工作。他补充说，即使标记组织根本不是目标，拥有一种简单的新方法来制造耐用的弹性凝胶也可以有其他应用，例如在创建软机器人方面。在Chung的网站上可以找到更多有关ELAST的资源。