一种基于脂溶性染料水凝胶的整体血管网标记方法

2023年2月8日，华中科技大学武汉光电国家研究中心朱?教授课题组在Cell Press细胞出版社旗下刊物Cell Reports Methods上发表题为“A versatile vessel casting method for fine mapping of vascular networks using a hydrogel-based lipophilic dye solution”的研究论文。文中提出了一种基于脂溶性染料水凝胶的整体血管网标记方法VALID，可以高效地实现对小鼠完整器官血管网的均匀、完整标记，这为各种组织器官血管网络的三维整体观察、特别是血管相关疾病所致的血管重塑的评估提供了可靠的研究手段。

华中科技大学光电国家研究中心博士后朱京谭，博士生刘晓梅和博士后徐健壹为共同第一作者，通讯作者为华中科技大学光电国家研究中心朱?教授和俞婷婷副研究员。

高效、完整地标记组织器官血管网络是实施血管结构三维整体成像的第一步，也是最重要的一步。传统的荧光血管标记方法往往存在这样那样的不足，诸如血管标记亮度低、标记不完整、染料渗漏或者成本过高等。为有效解决此类问题，获得高质量的血管网图像，朱?教授课题组另辟蹊径，发展了一种新型的血管标记方法，命名为“VALID”。

VALID方法采用荧光亮度强、性价比高的脂溶性染料作为血管的荧光标记物，并通过添加一定比例的明胶，成功抑制脂溶性染料在水溶液中的析出，形成稳定的染料水凝胶。通过心脏灌注这种水凝胶，即可实现对血管网的完整、均匀标记，结合光透明成像即可获得信噪比高的整体血管网络结构信息。从图1可以看出，未使用VALID方法标记的血管不均匀，且有因染料渗漏形成的漏点，而经过VALID方法标记的血管则完整且连续，无漏点。

相比于传统血管标记方法，如CD31抗体、凝集素等，VALID表现出了更高的标记效率，且在特定器官上对大血管的标记能力要明显强于传统血管标记方法，如图2所示。此外，VALID也可以有效兼容常规的荧光免疫标记技术，这使得VALID不仅可以有效地标记血管，而且还可以结合免疫标记技术同时获取血管网和不同细胞类型结构信息。

脂溶性染料与主流光透明方法的难以兼容一直是一个悬而未决的难题。在本研究中，我们发现VALID中明胶的引入显著增强了脂溶性染料与传统有机溶剂透明方法的兼容性，使得脂溶性染料标记的血管结构信息可以有效抵抗有机溶剂方法的洗脱，这在光透明领域是一重大突破。

利用VALID，我们成功地将脂溶性染料与有机溶剂透明方法结合起来，对小鼠大脑和脊髓内的血管系统进行了3D重建，如图3所示。VALID将为高效血管标记提供一种简单、经济的方案，也将大大拓宽脂溶性染料在脑血管并发症研究领域的应用。

该项目得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重点国合、中国博士后创新人才计划、光谷实验室创新专项及武汉光电国家研究中心创新专项的支持。

图1. VALID实现完整、均匀、高信噪比的血管网结构标记

图2. VALID血管标记能力与传统血管标记方法比较

图3. VALID结合传统有机溶剂方法获取三维血管网结构信息