生物切片技术：从宏观到微观的探索之旅！
生物切片技术：从宏观到微观的探索之旅！
生物切片技术作为连接微观与宏观世界的桥梁，是生物学、病理学、免疫学和医学等研究中的核心工具之一。通过对生物样品进行切片处理，研究人员可以在显微镜下观察组织和细胞的微观结构，从而揭示生命活动的机制、疾病的病理变化以及药物的作用效果。随着切片技术的进步，切片方法逐渐从手工切片发展到机械化、自动化切片，切片厚度也从的微米降低到如今的纳米级别。现代切片技术主要包括石蜡切片、冷冻切片、超薄切片及冷冻超薄切片，不仅能够协同应用提供多尺度和高分辨率的组织结构图像，还能结合免疫组化、核磁共振和质谱等技术，进一步揭示分子水平的细节。因此本文简单介绍以上切片技术的特点及协同应用。
石蜡切片
石蜡切片是一种经典的生物切片技术，是其他类型切片技术的发展基础。通过将生物组织固定、脱水、透明化处理后，包埋在石蜡中，用切片机获得微米级别厚度的薄片。石蜡切片广泛应用于组织学研究和病理学诊断，在药物研发和法医学方面也有应用。其主要特点是可以长期保存样品，便于后续研究和回顾性分析，同时石蜡切片技术适用于多种染色方法（如HE染色、免疫组化染色等），如将免疫荧光检测技术与石蜡切片相结合，用于组织中抗原定位。
图1 利用石蜡切片和免疫荧光技术检测磷脂酶A2受体在肾组织中的分布（引自中国医学科学院学报,2015,37(05):562-566.）
冷冻切片
冷冻切片是一种快速生物切片技术，通过将生物组织在低温下快速冷冻，然后用切片机切成 5-30µm厚的薄片。冷冻切片无需经过石蜡包埋等复杂处理，能够快速保存组织的天然状态，适合术中病理诊断和动态研究。广泛应用于临床病理学、免疫组化、神经科学及细胞生物学等领域。
超薄切片
超薄切片是一种适用于电子显微镜高分辨率成像的生物切片技术，其薄片厚度为纳米级别，通常在 50-100nm。通过超薄切片，可以实现观察细胞超微结构如细胞器、膜系统、蛋白质复合物等的目的。超薄切片在细胞生物学、病毒学、神经科学、材料科学及病理学等领域具有重要应用。
图a：利用超薄切片技术获得植物叶绿体的TEM图 ； 图b：利用超薄切片技术获得细胞吞噬纳米材料的TEM图
冷冻超薄切片
冷冻超薄切片技术结合了冷冻切片和超薄切片技术优点，是一种在低温条件下制备极薄样品切片的方法，通过使用液氮或高压冷冻法迅速冷冻样品，减少冰晶形成，最终在冷冻超薄切片机中获得50-100nm的薄片。主要适用于需要保持天然状态和结构完整性的样品，同时也适合研究对温度敏感的材料和生物样品。尽管冷冻超薄切片技术优势显著，但其复杂的样品制备、高昂的设备成本、技术难度和样品限制等局限性也需充分考虑。因此超薄冷冻切片技术可以与其他多种技术结合，以弥补其局限性，如和免疫组化技术结合，在冷冻超薄切片上进行免疫金标记，结合TEM观察，获得特定分子的超微定位信息，如下图。
图3. 冷冻超薄切片技术和免疫胶体金技术相结合表征和定位肾组织内抗原C3aR（引自肾脏病与透析肾移植杂志,2013,22(03):293-298.）
协同应用
石蜡切片、冷冻切片、超薄切片和冷冻超薄切片是生物切片技术中重要的方法，每种技术都有其独特的优势和适用场景。它们在实际应用中常常相互补充，结合使用可以更全面地满足科研和临床需求。石蜡切片和冷冻切片主要用于初步筛选和定位，提供大范围的样品信息；超薄切片和冷冻超薄切片主要用于高分辨率观察，对石蜡切片或冷冻切片中确定的感兴趣区域进行高分辨率观察，提供多尺度的超微结构信息，同时也可结合其他技术，获得更全面的样品化学和结构信息。如在冷冻切片和超薄切片的基础上，再结合功能检测如酶活性、免疫组化等技术，可以研究样品的功能与结构关系。
图4. 冷冻切片和超薄切片技术结合观察血管结构（J. Mol. Sci. 2021, 22, 4273）
如上图，研究人员将冷冻切片和免疫标记技术相结合，利用光学显微镜确认所需观察区域后包埋样品，再利用超薄切片和电子显微镜技术获得相同位置的血管结构，实现原位观察组织样品的目的。
通过协同应用石蜡切片、冷冻切片、超薄切片和冷冻超薄切片技术，可以在不同尺度和分辨率下获得全面的样品信息。这种多技术结合的策略不仅提高了研究的深度和广度，还增强了数据的准确性和可靠性，适用于复杂的生物和材料科学研究。
参考文献：
[1]董鸿瑞,王艳艳,王国勤,等.免疫组织化学和免疫荧光染色在肾活检组织石蜡切片磷脂酶A2受体检测中的应用[J].中国医学科学院学报,2015,37(05):562-566.
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