近期，上海大学理学院材料生物学研究所胡钧研究员，诸颖研究员，李江研究员联合上海交通大学樊春海院士团队，研发了一种高压辅助Golgi-Cox（HP Golgi-Cox）方法，将小鼠全脑神经元染色时间从 16 天缩短至 4 天，实现了对斑马鱼、小鼠、大鼠和猪等多种动物神经元结构的快速高分辨率X射线成像。该研究成果近期发表在Cell系列期刊《细胞·生物材料》（Cell Biomaterials）杂志上。

图1. 可实现同步辐射X射线全脑成像的HP Golgi-Cox染色方法

    在过去的二十年间，全脑成像技术极大推动了神经科学的发展，为揭示脑功能背后复杂的神经元连接图谱、探索神经疾病的发生机制和潜在治疗策略提供了关键工具。例如，电子显微镜已能在突触分辨率下构建果蝇幼虫的连接组，荧光显微光学切片断层成像则成功描绘了小鼠海马神经元的全脑投射组图谱。然而，大体积脑样本的均匀染色仍是瓶颈：病毒载体标记耗时，频繁的组织切片易损伤结构，免疫染色结合组织透明化在大体积样本中仍费时且难以均匀。例如，小鼠全脑的透明化和免疫染色就需 2–3 周。Golgi 染色法自 1873 年问世以来成为神经元研究的重要工具，但传统 Golgi-Cox 方法染色耗时数月，即便改良和商业试剂盒已缩短至数周，仍难以满足快速高效的需求。

    为突破这一瓶颈，研究人员开发了高压辅助的快速染色方法，并系统评估了温度、压力与染色时间对效率的影响。研究表明，在9 MPa高压和37 ℃条件下，小鼠全脑神经元染色时间仅为传统Golgi-Cox方法的四分之一，同时保持了神经元的精细结构完整性。该方法不仅适用于多种模式生物和不同脑区，还可扩展至大脑体积更大的动物（如猪）。结合同步辐射 X 射线显微成像，实现了快速、均匀且高分辨率的全脑神经元可视化。这一突破显著提升了全脑神经元染色的速度，为建立更大尺度、更高分辨率的神经元图谱提供了全新工具。未来，该方法有望助力复杂神经环路的解析、推动神经疾病的病理研究，并为人脑模型研究和跨物种比较神经科学提供坚实支撑。

图2. HP Golgi-Cox方法结合同步辐射X射线成像实现小鼠全脑神经元高分辨率可视化

本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。该工作得到了上海光源BL13HB X 射线成像与生物医学应用光束线站，BL16U2快速X光成像光束线站和台湾光子源TPS 02A 脑成像光束线站的支持。

论文链接：https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00210-7