美國科學家利用自動儀器製作2萬個人腦圖集(組圖)

據美國《連線》雜誌報道,借助於5500萬美元資金、一組冷凍的人腦樣本以及能夠每天處理192個大腦切片的自動儀器,美國艾倫腦科學研究所試圖完成一項看似不可能的任務——係統地繪製出2萬多個讓大腦灰質發揮作用的基因的表達形式。

  實際上,躲在這些技術背後的科學實踐並不是什麽新鮮事物。40年來,在揭秘基因玩得“捉迷藏”遊戲過程中,研究人員已經利用特定的RNA(核糖核酸)片斷探測到神經細胞。但利用可讓絕大多數數據收集和分析工作實現自動化的儀器,他們在解決這一問題時所能實現的速度和規模卻是空前的。在艾倫腦科學研究所2012年為整項研究畫上句號之際,科學家將開始揭開有關人類神經網絡諸多疑問的神秘麵紗。

  1.推遲大腦組織死亡時間

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推遲大腦組織死亡時間

  科學家推遲大腦組織——例如圖中的腦幹——的死亡時間,方式是利用幹冰冷凍樣本。在更高溫度下,核酸會散開,細胞膜也會迅速溶解。

  2.幹冰中冷凍的人腦切片

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幹冰中冷凍的人腦切片

  在冷凍前,人腦樣本必須被切成1厘米厚的小片。圖中展示的是被放置在幹冰中冷凍的一片人腦切片,研究人員為它穿上一件藍色羧甲基纖維素“外衣”。

  3.幾微米厚的透明切片

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幾微米厚的透明切片

  一旦人腦切片被冷凍,技術人員會將其切成隻有幾微米厚的透明切片。

  4.冷凍的大腦切片被低溫保存

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冷凍的大腦切片被低溫保存

  冷凍的大腦切片被保存在低溫條件下,直到進行進一步切片處理並最終用RNA加以探測,以尋找特定的基因表達。利用被稱之為“原位雜交”的技術,科學家能夠揭示每個細胞內哪一個DNA(脫氧核糖核酸)片斷與RNA雜交。

 5.5台自動化儀器

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5台自動化儀器

  實驗室自動化公司Tecan製造了5台自動化儀器,每台儀器每天可對192個樣本進行原位雜交。艾倫腦科學研究所每24小時能夠產生超過1太字節數據。

  6.經過冠狀麵切割的大腦切片

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經過冠狀麵切割的大腦切片

  這些是經過冠狀麵切割得到的大腦切片,讀者可以想象從大腦前部切向後部。圖中上麵的切片經過銀黃著色,下麵的切片則用硫堇加以處理。

  7.冠部經過蘇木精和曙紅染色

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冠部經過蘇木精和曙紅染色

  人腦冠部經過蘇木精和曙紅染色。每一張載玻片——連同載玻片加載器和條形碼閱讀器——都是改進型萊卡600B顯微鏡自動拍攝的。

  8.冠部經過銀黃著色

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冠部經過銀黃著色

  整個人腦樣本的冠部經過銀黃著色。每兩秒鍾就會有一個新的載玻片圖片加入數據庫,這些顯微鏡總計可拍攝超過8500萬張圖片。

  9.冠部經過改進型銀黃著色

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冠部經過改進型銀黃著色

  人腦樣本冠部經過改進型銀黃著色。一旦圖片進入數據庫,一種算法會將圖片變成有關基因表達的一張“熱量圖”。

  10.冠部經過硫堇染色

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冠部經過硫堇染色

  整個人腦的冠部經過硫堇染色。所有載玻片和樣本分析工作將於2012年完成

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