小鼠三維神經投射網絡圖譜繪制是解析中樞與外周神經連接的核心手段，北京腦科學與類腦研究所趙瑚課題組自主研發TESOS透明化包埋技術，突破傳統透明化難以同步兼顧軟硬組織、無法實現復雜組織高分辨率成像的局限，可將全腦或者復雜外周組織器官透明化包埋為高強度透明樹脂包埋樣本，配合分層切片成像流程，實現全域神經環路高分辨重建。而徠卡THUNDER Imager Cell Spinning Disk轉盤共聚焦成像系統，精準匹配TESOS分層成像工藝，解決傳統點掃描共聚焦速度慢、周期冗長的核心痛點，構建高效、完整的大樣本透明化成像工作流。

TESOS技術的分層成像工藝與傳統設備核心痛點

TESOS透明化樣本具備優異機械切割性能，適配石蠟切片機逐層切削成像標準流程：結合40/1.3NA 油鏡，設備單次可完成最高350μm深度組織三維成像，完成當前深度層拍攝后，借助課題組定制專用樣本支架將樣本精準復位固定，用石蠟切片機切除約300μm表層組織，重新放回顯微鏡下對深層組織繼續成像，循環往復直至完成全樣本的三維數據采集，最終通過軟件拼接所有分層圖像，重構完整三維圖像重建。

在徠卡THUNDER系統投入使用前，課題組長期采用傳統激光點掃描共聚焦開展分層拍攝，整套實驗存在難以規避的致命短板：

1、成像效率極低，實驗周期大幅拉長

點掃描依靠單點激光逐像素采集圖像，面對TESOS厚透明樣本逐層掃描時耗時極長。單批次樣本需要數十輪“成像—切片—復染"循環，每層數百微米組織掃描動輒耗費數小時，整套樣本完整成像往往需要數天乃至數周，大量科研人力、耗材被無效等待占用，大幅降低樣本制備與數據產出通量。

2、長時間掃描加劇熒光淬滅，數據完整性受損

轉基因小鼠依靠紅綠內源熒光標記神經纖維，點掃描長時間持續激光照射會造成嚴重光漂白，深層組織、纖細外周神經的熒光信號持續衰減，部分神經分支標記丟失，最終拼接的三維圖譜出現斷層，影響神經纖維走向、突觸連接關系的精準觀測。

3、多層數據拼接穩定性不足

點掃描為縮短時長常被迫下調采集分辨率，獲取的圖像像素、細節精度無法滿足后期軟件三維合成要求，分層圖像拼接時出現錯位、細節模糊，無法實現單細胞級神經結構可視化。

徠卡THUNDER轉盤共聚焦：適配TESOS分層成像的核心技術優勢

THUNDER Imager Cell Spinning Disk系統搭載15000轉高速CrestOptics轉盤與THUNDER圖像加強技術，并行多點掃描模式從底層解決點掃描固有缺陷，契合TESOS逐層切片成像全流程需求：

1、成像速度提升十倍，大幅壓縮全域樣本拍攝周期

轉盤共聚焦依靠大量針孔進行成像，同一視野采集時間僅為傳統點掃描系統的1/10。針對TESOS單次數百μm成像深度的分層采集需求，每層掃描時長從數小時縮短至數十分鐘，單只完整小鼠全腦成像周期從一周壓縮至48小時完成，批量樣本處理能力顯著提升，大幅釋放課題組TESOS技術迭代、多組別對照實驗的科研效率。

2、350μm深層清晰成像，適配TESOS厚透明樣本光學切片

依托LVCC大體積圖像加強技術，系統可實時剝離厚樣本離焦模糊雜光，最高支持350μm深度無偽影光學切片，匹配TESOS單次成像深度標準。即便經過透明化固化的高密度小鼠軀體組織，深層脊柱、內臟、四肢外周神經的微弱內源熒光也能清晰分離，無需反復調整物鏡、激光參數，每層成像一次即可獲取完整多層光學切片數據。

3、低光毒性保護熒光標記，保障分層數據一致性

并行多點掃描大幅降低單位區域激光照射劑量，光漂白、光毒性遠低于單點掃描模式。在數十輪“成像-切片-復染"循環中，每層神經熒光信號強度穩定可控，不會出現深層結構標記丟失問題，保證前后分層圖像熒光強度統一，為后期完整神經網絡三維拼接提供標準化原始圖像。

4、成像精度滿足三維重建標準，還原完整神經連接細節

系統實測橫向表觀分辨率和像素精度匹配后期軟件處理和三維重構的運算要求。分層圖像拼接無細節丟失，可完整呈現大腦皮層神經元、背根神經節投射、四肢外周神經、全身神經網絡的細微分支，支撐課題組直接觀測神經纖維全身分布、走向與突觸連接關系。

THUNDER系統與TESOS技術協同，構建全身神經圖譜完整工作流

二者形成標準化閉環實驗流程，打通大樣本透明化從樣本制備到全域三維重建全鏈路：

• 前置篩選：A238房間Leica M205FCA熒光體視顯微鏡完成轉基因紅綠熒光小鼠初篩、精準取材；

• TESOS固化：樣本經梯度透明、UV包埋固化，形成可切削高強度透明包埋小鼠標本；

• 分層成像循環：THUNDER轉盤共聚焦完成350μm深度光學切片采集→樣本支架精準復位轉移至石蠟切片機切除300μm表層組織→再次上機掃描；

• 數據整合：所有分層高精度圖像導入趙瑚老師的專門軟件，完成自動拼接、神經纖維分割、三維神經網絡重建，產出全腦或者全器官神經投射圖譜。

整套流程依托THUNDER的高速成像能力，解決了此前制約TESOS技術規模化應用的最大時效難題，加速顱頜面發育、外周神經損傷、神經環路連接等方向的基礎研究產出。

總結

針對TESOS全身透明化分層成像的獨特工藝，徠卡THUNDER Imager Cell Spinning Disk轉盤共聚焦以十倍于傳統點掃描的成像速度、350μm深層高清采集能力、低光毒無損熒光成像三大核心優勢，直擊過去全域神經圖譜實驗周期長、熒光易淬滅、重建精度不足的痛點。硬件性能與趙瑚課題組原創TESOS透明化技術深度適配，搭建起高效、穩定的大尺度模式動物三維神經成像平臺，為國內全身神經連接圖譜、組織透明化前沿研究提供標準化高速成像解決方案，持續推動腦科學基礎研究的原始創新突破。

直播時間：9月10日 13:30-14:30

直播位置：徠卡線上直播間

主講人簡介

趙瑚

北京腦中心高級研究員

基于透明化包埋技術的中樞和外周神經投射圖譜成像

2001年于四川大學華西口腔醫學院獲得口腔醫學博士學位，2003年于University of Virginia獲得生物學碩士學位，2011年于UCLA牙學院獲得臨床牙科博士學位 (DDS)。于2003-2009和2011-2015在University Of Southern California牙學院柴洋實驗室從事博士后工作，于2016年加入Texas A&M University牙學院從事助理教授工作和兼職臨床牙醫工作。于2021年通過大學tenure委員會的評審。趙瑚于2021年八月份入職北京腦科學中心。曾以第一或者通訊作者在Cell Stem Cell, Nature Cell Biology, Developmental Cell, Cell Research等雜志發表文章。

趙瑚實驗室的研究方向集中在兩個領域。

1. 開發基于新型透明化技術的中樞和外周神經組織連接圖譜成像平臺。他的實驗室開發了PEGASOS透明化技術，目前已經被許多實驗室廣泛運用于各類軟硬組織的透明化和三維成像研究。他進一步提出了透明化包埋的新概念，研發出了TESOS技術并基于此技術在北京腦科學中心建設開發中樞與外周組織神經投射圖譜的高速高分辨成像平臺。

2. 內皮干細胞的研究。

3. 顱頜面發育與干細胞生物學，研究顱頜面軟硬組織的發育還有成體顱頜面牙，骨組織的干細胞調控機制。

鄭曉業

徠卡顯微系統（上海）貿易有限公司產品經理

THUNDER Imanger Cell Spinning Disk介紹

本、碩和MBA分別畢業于湖南師范大學、中南大學和英國曼徹斯特大學，現為徠卡顯微系統寬場產品經理，負責生命科學顯微鏡相關的產品管理工作。具有十余年生物教育、生命科學和醫學研究及應用的相關經驗。

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