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科学家利用自动仪器制作2万个人脑图集(图)

展会前线中国仪表网2009年03月31日 09:10人气:1436

据美国《连线》杂志报道,借助于5500万美元资金、一组冷冻的人脑样本以及能够每天处理192个大脑切片的自动仪器,美国艾伦脑科学研究所试图完成一项看似不可能的任务——系统地绘制出2万多个让大脑灰质发挥作用的基因的表达形式。

  实际上,躲在这些技术背后的科学实践并不是什么新鲜事物。40年来,在揭秘基因玩得“捉迷藏”游戏过程中,研究人员已经利用特定的RNA(核糖核酸)片断探测到神经细胞。但利用可让绝大多数数据收集和分析工作实现自动化的仪器,他们在解决这一问题时所能实现的速度和规模却是空前的。在艾伦脑科学研究所2012年为整项研究画上句号之际,科学家将开始揭开有关人类神经网络诸多疑问的神秘面纱。

  1.新鲜的人脑样本新鲜的人脑样本 这是艾伦脑科学研究所尚未处理的一个新鲜的人脑样本。据悉,将有不超过15个具有高度差异性的人脑样本为《艾伦大脑图集》项目提供相关数据。

  2.切除人脑样本的脑干和小脑

 切除人脑样本的脑干和小脑 一名研究人员正在切除人脑样本的脑干和小脑。《艾伦大脑图集》试图超出典型的从解剖学角度描述大脑区域的范畴,在细胞和基因层面上绘制大脑皮层图谱。据悉,样本必须在捐献者死后几小时内进行处理。心脏停止跳动后,大脑会立即坏死,科学家只有很少的时间进行准备并冷冻每一个样本。

  3.推迟大脑组织死亡时间
推迟大脑组织死亡时间 科学家推迟大脑组织——例如图中的脑干——的死亡时间,方式是利用干冰冷冻样本。在更高温度下,核酸会散开,细胞膜也会迅速溶解。

  4.干冰中冷冻的人脑切片

科学家利用自动仪器制作2万个人脑图集(图)

干冰中冷冻的人脑切片
  在冷冻前,人脑样本必须被切成1厘米厚的小片。图中展示的是被放置在干冰中冷冻的一片人脑切片,研究人员为它穿上一件蓝色羧甲基纤维素“外衣”。
5.几微米厚的透明切片

 
几微米厚的透明切片  
一旦人脑切片被冷冻,技术人员会将其切成只有几微米厚的透明切片。

  6.冷冻的大脑切片被低温保存



冷冻的大脑切片被低温保存
  冷冻的大脑切片被保存在低温条件下,直到进行进一步切片处理并最终用RNA加以探测,以寻找特定的基因表达。利用被称之为“原位杂交”的技术,科学家能够揭示每个细胞内哪一个DNA(脱氧核糖核酸)片断与RNA杂交。
  7.5台自动化仪器
5台自动化仪器  实验室自动化公司Tecan制造了5台自动化仪器,每台仪器每天可对192个样本进行原位杂交。艾伦脑科学研究所每24小时能够产生超过1太字节数据。
  8.经过冠状面切割的大脑切片

经过冠状面切割的大脑切片 这些是经过冠状面切割得到的大脑切片,读者可以想象从大脑前部切向后部。图中上面的切片经过银黄着色,下面的切片则用硫堇加以处理。
9.冠部经过苏木精和曙红染色 

冠部经过苏木精和曙红染色  人脑冠部经过苏木精和曙红染色。每一张载玻片——连同载玻片加载器和条形码阅读器——都是改进型莱卡600B显微镜自动拍摄的。
  10.冠部经过银黄着色
冠部经过银黄着色  整个人脑样本的冠部经过银黄着色。每两秒钟就会有一个新的载玻片图片加入数据库,这些显微镜总计可拍摄超过8500万张图片。

  11.冠部经过改进型银黄着色冠部经过改进型银黄着色  人脑样本冠部经过改进型银黄着色。一旦图片进入数据库,一种算法会将图片变成有关基因表达的一张“热量图”。

  12.冠部经过硫堇染色冠部经过硫堇染色  整个人脑的冠部经过硫堇染色。所有载玻片和样本分析工作将于2012年完成。

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