小鼠頭骨血管和細胞的 3D 地圖可以幫助科學家制造新骨骼

約翰霍普金斯大學的科學家們使用發(fā)光的化學物質和其他技術來創(chuàng)建血管和自我更新“干”細胞的 3D 地圖，這些細胞排列并穿透小鼠頭骨。該地圖提供了血管和干細胞的精確位置，科學家們最終可以用它們來修復傷口并在頭骨中生成新的骨骼和組織。

“我們需要了解顱骨內(nèi)部發(fā)生了什么，包括血管和細胞的相對位置以及它們的組織在受傷期間和隨著時間的推移如何變化，”沃倫格雷森博士說。約翰霍普金斯大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程教授兼顱面和骨科組織工程實驗室主任。他的實驗室專注于開發(fā)生物材料并將干細胞移植到顱骨中以重建缺失的骨組織。

其他科學家提供了小鼠頭骨中一小部分血管和干細胞的地圖。“然而，更大的頭骨圖片讓我們更好地了解整個脈管系統(tǒng)和不同干細胞類型的分布，”約翰霍普金斯大學和醫(yī)學院的研究生、該論文的第一作者亞歷山德拉林多內(nèi)說。

這張新地圖于 10 月 28 日在Nature Communications 上發(fā)表，是老鼠頭骨頂部的 3D 視圖——它的顱骨或顱骨——由四個相連的頭骨組成。

為了創(chuàng)建包含數(shù)十萬個細胞的地圖，約翰霍普金斯大學的研究人員使用了四種關鍵技術來精確定位血管和細胞。

首先，他們使用免疫熒光技術用熒光或發(fā)光的化學物質標記各種血管和干細胞表面的分子。

然后，科學家們使用一種化合物來幫助光穿透顱骨而不會散射——這種方法稱為光學組織清除。“它使頭骨看起來像玻璃，”林多內(nèi)說。

為了拍攝 3D 圖像，科學家們使用了光片顯微鏡，這是一種以高分辨率和快速速度拍攝大片組織圖像的設備，但可以最大限度地減少光漂白。“當組織長時間暴露在光源下時，該工具可幫助我們避免熒光染料變質，”Rindone 說。

最后，他們使用計算機軟件來識別和分割頭骨的 3D 細胞結構，并重新創(chuàng)建結構的空間坐標和體積。“這向我們展示了干細胞和骨細胞的普遍性以及它們在顱骨中的方向，”Rindone 說。

該地圖揭示了干細胞所在的顱骨中先前未知的壁龕，特別是在稱為經(jīng)皮層管的結構附近，這些結構是穿透顱骨并將顱骨的外襯連接到含有骨髓的中心腔的小通道。

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