我们是如何给小鼠做全身亚细胞分辨率三维成像的

绘制小鼠全身尺度、亚细胞分辨率的生物三维结构，一直是生命科学的核心难题。传统成像要么分辨率够但视野太小，要么视野大却看不清细节；组织切片易丢失空间信息，光片成像又受深度散射与畸变限制。2025年，中国科学技术大学毕国强、徐程、刘北明团队联合多家机构，在《Cell》发表突破性成果：Blockface-VISoR技术，实现了40小时内完成成年小鼠全身亚细胞分辨率三维成像，并系统绘制了周围神经、交感与迷走神经系统的精细图谱，为神经连接、器官调控与疾病机制研究打开全新窗口。

一、核心技术与压倒性优势

传统大组织成像面临两大瓶颈：深层信号衰减（长工作距离物镜数值孔径低、折射率失配导致像差）和数据通量不足（高分辨率下体素数量爆炸）。Blockface-VISoR通过“边切削、边成像"的创新设计，巧妙化解了这一矛盾。Blockface-VISoR并非简单切片 + 拍照，而是原位振动切片 + 切面高速三维成像 + 重叠区无缝拼接的闭环系统，从根源解决大样本、高分辨、快速度的三角矛盾。

1 技术原理

1.1 样本预处理

采用ARCHmap水性透明化方案，经心灌注固定、脱钙、脱脂、水凝胶包埋与折射率匹配，该流程无需有机溶剂，兼容转基因荧光蛋白（如Thy1‑EGFP）、病毒标记与全脑免疫染色，且组织收缩率极低，让小鼠全身均匀透明，荧光信号稳定保留，组织力学强度大幅提升，切片不变形、不散落。

1.2 硬件架构：双模块协同

系统由成像模块与精密切片模块集成：

成像端：采用团队此前发展的VISoR（Volumetric Imaging with Synchronized On‑the‑fly Scan and Readout）技术，以45°倾斜的双物镜配置，激光扫描与样品匀速平移同步，实现200 fps高速体成像，避免运动模糊。

切片端：定制振动切片机紧贴成像头，每完成一轮成像后，样品推进400 μm并由刀片切除表层，暴露新鲜平整切面（blockface）。

1.3 成像策略：浅层高分辨，重叠保连续

每次仅采集切面下方600 μm深度的信号，既规避深层像差，又保证横向1 μm、轴向2.5 μm的均匀分辨率。相邻切面保留200 μm重叠区，用于后期精准配准拼接。

1.4 三维重建

基于重叠区归一化互相关（NCC）与非刚性配准，将约 200 个 3D 断层无缝熔为全身体积，体素分辨率达1×1×2.5 μm³，单通道数据约70 TB。

1.5 通量表现

整只成年小鼠（约4×2×8 cm³）仅需约40小时即可完成单荧光通道成像，生成~70 TB原始数据，较传统共聚焦块面成像速度提升数十倍。

2. 相比传统方案的核心优势

二、全身成像重磅结果：周围神经全景清晰呈现

依托边切边拍技术，研究团队完成多类标记小鼠全身成像，系统性揭示脑神经、脊神经、交感神经、迷走神经的精细架构与器官投射规律，多项发现改写传统解剖认知。

1 脑神经：头面部精细支配一览无余

1.1 清晰重构三叉神经（CN V）、滑车神经（CN IV）、面神经（CN VII）等颅神经，分辨单根纤维走向。

1.2 三叉神经运动支以爪状终末支配头面肌肉，感觉支精准投射至牙周，运动与感觉通路分离，为口颌感觉运动调控提供直接结构依据。

2 脊神经：单神经元长程投射特征被破解

在 Thy1-EGFP 小鼠中重建191个脊神经元，完整追踪从脊髓到外周的全路径。

2.1 腹侧支：运动纤维长、分支少，沿肋间走行；半数感觉纤维呈大V型折返。

2.2 背侧支：感觉纤维多曲折折返，运动纤维短、分支极密，呈现支系特异性、节段依赖性的投射规律，远超传统解剖描述精度。

3 交感神经：全身血管伴行模式全景证实

3.1 以抗TH免疫染色实现全身交感神经可视化，完整呈现交感干、神经节与各级分支。

3.2 头颈、躯干、四肢、肾、脾、肝等器官交感纤维沿血管网状分布，形成血管-神经并行单元；胃肠则呈壁内网状，不伴血管，揭示器官特异性支配策略。

3.3 明确膈肌交感支配分区：腰部来自腹腔系膜上神经节，肋部来自胸段椎旁节，为呼吸与内脏调控的神经机制提供精准图谱。

4 迷走神经：跨侧投射与单纤维路径意外突破

4.1 病毒示踪显示迷走前后干在颈段分离、胸段混合，双侧喉返神经存在广泛交通支与跨侧支配，左侧纤维可交叉至右侧支配喉肌。

4.2 稀疏标记实现单迷走神经元全路径追踪：胃投射纤维存在跨侧绕行、折返等复杂路径，且在进入靶器官前无分支，呈 “一对一" 器官靶向模式。

三、技术价值与未来展望

边切边拍的 ARCHmap-blockface-VISoR，不只是成像工具升级，更是全身介观连接组学的范式革新：

1 速度与分辨率兼得：40 小时全身亚细胞成像，把 “不可能" 变成常规实验；

2 长程连接无断点：单轴突从脑 / 脊髓到末梢全程可见，破解外周神经 “看不见、连不上" 的困境；

3 多模态通用：兼容荧光蛋白、免疫组化、病毒示踪，可拓展至血管、淋巴管、肿瘤转移等全身结构成像。

未来，该技术可用于神经损伤再生、神经支配、代谢与疼痛的神经调控、疾病模型全身病理成像等，推动从脑到全身的跨系统网络解析，为神经调控治疗、新药研发与解剖提供毫米级视野、微米级精度的全景 “导航地图"。

   目前，深圳百会新知科技有限公司已经利用这项技术开展了商业化的小鼠全身成像服务，满足了众多脑科学家的迫切需求。