Các nhà khoa học đã tìm ra cách để hình ảnh hóa các cơ quan mỏng manh như não và tim bằng cách cho ánh sáng xuyên qua các mô và để lộ hoạt động bên trong của chúng, mà không cần mổ xẻ. Trong nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Cell, các nhà nghiên cứu Trung Quốc giới thiệu một kỹ thuật mới để chuyển đổi mô sinh học sang trạng thái trong suốt và giống như thủy tinh, giúp việc hình dung cách các mô sinh học tương tác với nhau ở cấp độ vi mô với độ phân giải vượt trội trở nên dễ dàng hơn.

Để có được một cấu trúc trong suốt, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật gọi là VIVIT, viết tắt của vitreous ionic-liquid-solvent-based volumetric inspection of trans-scale biostructure (tạm dịch: Kỹ thuật kiểm tra thể tích cấu trúc sinh học xuyên quy mô dựa trên dung môi lỏng ion hóa thủy tinh).

Nhân tố chính của phương pháp này là các chất lỏng ion (ILs), là những loại muối có xu hướng tồn tại ở thể lỏng ngay cả ở nhiệt độ thấp. Sử dụng VIVIT, các nhà nghiên cứu đã lập bản đồ cách các nơ-ron đa giác quan trong vùng đồi thị của não kết nối với các tín hiệu đầu vào và nhắm đến các đầu ra trên toàn bộ não, cùng với một số hiểu biết mới về sự kiểm soát ức chế trong vỏ não người.

Việc tìm hiểu các hệ thống sinh học phức tạp đòi hỏi phải hình ảnh hóa các cấu trúc và cơ chế phức tạp của chúng một cách chi tiết và cận cảnh. Các kỹ thuật như làm trong suốt mô quang học cho phép các nhà khoa học chụp ảnh các mô ở trạng thái 3D, nghĩa là có thể quan sát toàn bộ các cơ quan mà không cần cắt chúng ra.

Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều sử dụng dung môi hữu cơ hoặc dung dịch gốc nước để làm trong suốt mô, chúng hoàn thành được nhiệm vụ nhưng lại đi kèm với những nhược điểm riêng. Những chất lỏng này có thể gây co hoặc trương phồng mô—cả hai đều làm biến dạng hình dạng tự nhiên của mô.

Các nhà nghiên cứu của nghiên cứu này đã phát hiện ra rằng việc xử lý các mẫu sinh học bằng chất lỏng ion (ILs) đã khởi đầu một quá trình gọi là thủy tinh hóa (vitrification), trong đó các mô biến đổi thành một cấu trúc rắn giống như thủy tinh mà không hình thành các tinh thể băng phá hủy khi được làm lạnh.

Bản chất không phá hủy này làm cho VIVIT trở thành một phương pháp đột phá, vì nó bảo tồn các mẫu sinh học mỏng manh đồng thời cho phép nhóm nghiên cứu hình dung các cấu trúc ở nhiều quy mô—từ toàn bộ cơ quan cho đến các kết nối tế bào nhỏ nhất.

Các nhà sinh vật học thường phải dùng đến kính hiển vi độ phân giải cao để quan sát rõ hơn các cấu trúc bên trong mô sinh học. Những máy hiển vi này không hoạt động tốt với các mẫu nội tạng nguyên vẹn và do đó yêu cầu các mẫu được cắt lát mỏng để có được hình ảnh rõ nét. Quá trình này làm hỏng cấu trúc tinh vi và gây khó khăn cho việc tái tạo các mô hình 3D chính xác từ nhiều lát cắt.

VIVIT giải quyết vấn đề này bằng cách làm cho mẫu trong suốt về mặt quang học, do đó cung cấp một cách thực tiễn để nghiên cứu các cấu trúc sinh học mà không cần cắt mô về mặt vật lý. Nó cũng bảo toàn khả năng cắt các mẫu một cách chính xác ở trạng thái đông lạnh mà không gây hư hại, nhờ vào tác dụng bảo vệ của quá trình thủy tinh hóa.

Một ưu điểm nữa của quá trình thủy tinh hóa là khả năng tăng cường tín hiệu của thuốc nhuộm huỳnh quang một cách bất ngờ, làm tăng độ sáng lên đến 38 lần đối với một số loại thuốc nhuộm, cải thiện đáng kể việc chụp ảnh có độ phân giải cao.

Nhóm cũng đã phát triển TARRS (Hệ thống Thu nhận, Tái kết nối và Tái tạo Xuyên quy mô), một công cụ phần mềm giúp ghép nối các mẫu đã cắt lát lại với nhau một cách ảo để tạo thành một cấu trúc 3D với độ trung thực cao.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng mặc dù VIVIT cung cấp một giải pháp thực tiễn cho việc khảo sát xuyên quy mô, vẫn cần phải làm rõ các cơ chế mà qua đó các chất lỏng ion (ILs) tương tác với các mô đã được thích ứng, tạo ra trạng thái không kết tinh, và khuếch đại tín hiệu huỳnh quang. Những hiểu biết như vậy có thể truyền cảm hứng cho việc phát triển các phương pháp mới hơn dựa trên chất lỏng ion để nghiên cứu các hệ thống sinh học phức tạp.

P.T.T (NASTIS), theo https://phys.org/news/, 2025