CLARITY

CLARITY는 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. 또는 유전자 기반의 라벨링을 동반하는 경우, CLARITY는 기관의 단백질과 핵산 구조, 특히 그것에 의해 개발되었다. 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, 마우스 척수, 다발성 경화증 동물 모델, 식물,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. 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. 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. 일단 이 단계가 완료되면, 지질 성분은 분리된 상태를 유지하는 한편, 상기 대상 조직 세포의 단백질 및 핵산 성분은 제자리에 견고하게 유지된다. 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. 최초 논문에 보고된 바와 같이, 조직이 이 과정에서 팽창하지만, 필요시 마지막 단계인 굴절율 정합 용액에 둠으로써 최초 사이즈로 복귀될 수 있다. 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. 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. 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. CLARITY 영상을 통한 발견의 한 예는, 과 유사한 행동을 보이는 동물들에서 관찰되었던, 신경 세포들이 자신과 자신의 이웃에 다시 연결되는 특유의 '사다리'패턴이다. 책임자 이미 이 도래하는 기술에 대한 자신의 희망을 아래와 같이 표현했다. "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 CARITY 방법은 지질 추출 후 단백질 보존의 전례 없는 수준을 달성했지만, 이 기술은 여전히 세제 전기영동 때마다 단백질의 약 8 %를 잃는다. 항체 제거는 일반적으로 원래의 샘플을 만드는 것과 동일한 세제 과정을 통해 이루어지기 때문에, 단일 샘플의 반복된 영상은 이 손실을 증폭시킬 따름이다. 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. 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.  Underwood, E. (2013). “Tissue Imaging Method Makes Everything Clear”. 《Science》 340 (6129): 131–132. doi:10.1126/science.340.6129.131. PMID 23580500.  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.  Zhang M, 외. (2014). 《Proceedings of the National Academy of Sciences USA》 111: E1149–58.  |제목=이(가) 없거나 비었음 (도움말) Spence; 외. (2014). “Bringing CLARITY to gray matter atrophy”. 《NeuroImage》 101: 625–632. doi:10.1016/j.neuroimage.2014.07.017.  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.  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.  Charlotte Geaghan-Breiner (2013). “CLARITY Brain Imaging”. Stanford University.  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.  Shen, Helen (2013년 4월 10일). “See-through brains clarify connections”. 《Nature News》.  “See-through brains”. Nature Video.  Collins, Francis. “The Brain: Now You See It, Soon You Won’t”. 《NIH Directors Blog》. NIH.