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神经科学研究的王炸技术:全脑透明化c-Fos三维成像技术及其在神经科学中的应用!

2025-08-08 16:37:52 www 20
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关于c-Fos

在神经科学研究中,常用c-Fos标记瞬时激活的神经元,当神经元受到刺激或被激活时,c-Fos基因会被诱导表达,通过检测c-Fos表达水平,即可确定哪些脑区的神经元参与了特定的活动或行为。

为什么做全脑三维c-Fos

传统组织切片方法,是将全脑进行连续切片、逐片c-Fos染色成像,该方法:(1)耗时费力,(2)切片导致信息丢失,(3)难以在全脑水平定量分析c-Fos⁺神经元。组织透明化技术的发展,为全脑水平研究c-Fos表达提供了新的技术手段。二维切片c-Fos染色与全脑c-Fos技术的差异如下所示:


优缺点.png

如何做全脑c-Fos检测分析

利用组织透明化,结合全脑c-Fos免疫染色及光片显微成像技术,不切片即可获得全脑c-Fos神经元的高分辨三维成像,在全脑范围内检测c-Fos蛋白在脑区的分布和表达水平。

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全脑c-Fos三维染色、透明化成像过程

将三维成像结果与Allen脑图谱配准、分割提取c-Fos表达脑区,并对c-Fos阳性细胞计数进行定量统计分析,从而筛选出c-Fos特异的脑区(如下图所示)。

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全脑c-Fos三维图像配准分析

全脑c-Fos检测应用领域

基于组织透明化技术的全脑c-Fos检测分析,已成为神经科学研究的热点技术,可广泛应用于:



解析中枢神经系统(CNS)对各种行为、情绪的调控机制;


评估疾病对CNS的影响;


研究CNS在疾病进程中的作用机制;


探索药物、手术等干预手段如何通过CNS发挥作用;

该技术可精确绘制全脑c-Fos表达图谱,研究大脑复杂的神经网络与环路功能,揭示特定行为背后的神经机制;结合光化学遗传、神经环路示踪、电生理等技术对筛选结果做进一步验证。


佳维斯全脑c-Fos检测分析服务


佳维斯生物专注组织透明化三维成像技术研究20余年,拥有成熟的组织光透明和免疫标记技术体系,经过20年的技术沉淀和不断创新迭代,成功实现全脑c-Fos蛋白的完整均匀标记,并开发了一套涵盖全脑c-Fos染色、透明化、三维成像及数据分析的一站式解决方案。

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全脑c-Fos三维分布视频

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佳维斯全脑c-Fos技术优势


抗体均匀标记

全脑透明度更高

脑图谱配准更精准

c-Fos⁺识别精度更高


抗体均匀标记

01

采用抗体标记,定制c-Fos抗体特异性强、渗透性强,可实现c-Fos蛋白的完整均匀标记,避免了受限于转基因鼠、病毒标记转染效率低等弊端。

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全脑透明度更高

02

佳维斯团队开发的组织透明化方法,具有透明化速度快、透明效果好、荧光兼容性及保持性强等优点,可显著改善成像深度、信噪比和分辨率。

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脑图谱配准更精准

03

团队开发的新一代SOLID组织透明化技术,不仅有着优异的透明效果,且组织形变极小,极小的形变使成像结果与Allen脑图谱配准更加精准。

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c-Fos⁺识别精度更高

04

利用深度学习与图像识别技术,可快速实现全脑c-Fos⁺细胞的自动化分割统计,结合细胞形态分析及人工校准,有效排除干扰,确保高精度识别。

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近年来,佳维斯团队累计完成600多个样本的全脑c-Fos检测与分析项目,在全脑c-Fos染色及透明化领域积累了丰富经验。截至目前,全脑c-Fos技术服务已合作20多个院士团队100多个课题组,多篇文章在撰写或投稿中。

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全脑c-Fos技术应用案例

基于组织透明化技术的全脑c-Fos检测分析,近年来频现Science、Nature、Cell等国际顶刊,以下汇总了全脑c-Fos技术在神经科学研究中的诸多应用:

应用一:情景恐惧记忆研究
























IF 15.7
Nat Commun

为探究情境恐惧记忆的神经基础,研究者利用全脑c-Fos成像技术,实现高通量、单细胞分辨率的全脑记忆印迹图谱,筛选出117个具有记忆印迹的脑区,揭示单一记忆印迹分布于多个脑区。

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应用二:行为、情绪调控研究
























IF 48.5
Nature

为探究诱导攻击行为的神经机制,研究者利用全脑c-Fos检测技术,绘制了AGG和NON小鼠在遇到目标小鼠后的全脑c-Fos神经元活动图谱,分析在攻击行为中可能发挥关键作用的核团-后外侧皮质杏仁核(COApl)。

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应用三:药物成瘾与依赖研究
























IF 45.8
Science

为明确阿片类药物引发奖赏还是厌恶效应的神经机制,研究者采用组织透明化技术结合全脑c-Fos免疫染色及光片显微成像技术,构建了羟考酮处理组小鼠的全脑c-Fos表达图谱,筛选出响应阿片类药物反应的关键脑区。

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应用四:肥胖与减肥机制研究
























IF 30.9
Cell Metabolism

为探究脂肪组织GIPR激活是否通过中枢神经系统调控食欲,研究者利用iDISCO+组织透明化方法,结合c-Fos免疫染色及光片显微镜,对脂肪组织GIPR激活后的24h、48h、72h和2周的小鼠全脑进行c-Fos表达检测分析

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应用五:精神疾病与药物研究
























IF 15.7
Nat Commun

为探究不同精神活性药物对大脑的作用机制,研究者基于组织透明化方法开发了高通量的全脑c-Fos成像技术,结合机器学习模型对8种致幻剂和精神活性药物(包括裸盖菇素、氯胺酮、5-MeO-DMT、6-氟-DET、MDMA等)引起的c-Fos表达进行了全面分析,为精神类药物研发提供了全新工具。

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应用六:神经可塑性研究
























IF 50.0
Nature Medicine

为筛选脊髓损伤后行走自发恢复过程中发挥作用的关键脑区,研究者利用组织透明化技术结合全脑c-Fos免疫标记、病毒示踪技术,首次实现SCI恢复期小鼠全脑范围内c-Fos表达、脊髓投射神经元的三维可视化。

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应用七:肠-脑-肺轴机制研究
























IF 15.0
Neuron

为了确认进食诱导的肺2型免疫增强是否与副交感神经激活有关,研究者利用全脑c-Fos检测分析,发现进食后迷走神经背核(DMV)中c-Fos阳性神经元数量显著增加,揭示了“进食-副交感神经激活-肺部免疫增强”的肠-脑-肺轴机制,为理解进食后哮喘加重提供了新的视角

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【END】


参考文献

[1]Roy, D.S., Park, YG., Kim, M.E. et al. Nat Commun 13, 1799 (2022). 

[2]Aubry, A.V., Durand-de Cuttoli, R., Karpman, E. et al. Nature 639, 1006–1015 (2025). 

[3]Smith et al., Science 384, eadn0886 (2024).

[4]Cho, N., Squair, J.W., Aureli, V. et al. Nat Med 30, 3676–3686 (2024). 

[5]Yu et al., 2025, Cell Metabolism 37, 1–18. 

[6]Aboharb, F., Davoudian, P.A., Shao, LX. et al. Nat Commun 16, 1590 (2025). 

[7]Chen et al., 2025, Neuron 113, 1–14.