小鼠頭骨血管和細(xì)胞的 3D 地圖可以幫助科學(xué)家制造新骨骼

約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們使用發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)和其他技術(shù)來(lái)創(chuàng)建血管和自我更新“干”細(xì)胞的 3D 地圖，這些細(xì)胞排列并穿透小鼠頭骨。該地圖提供了血管和干細(xì)胞的精確位置，科學(xué)家們最終可以用它們來(lái)修復(fù)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(xì)胞的相對(duì)位置以及它們的組織在受傷期間和隨著時(shí)間的推移如何變化，”沃倫格雷森博士說(shuō)。約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程教授兼顱面和骨科組織工程實(shí)驗(yàn)室主任。他的實(shí)驗(yàn)室專注于開發(fā)生物材料并將干細(xì)胞移植到顱骨中以重建缺失的骨組織。

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

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(gè)相連的頭骨組成。

為了創(chuàng)建包含數(shù)十萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的地圖，約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員使用了四種關(guān)鍵技術(shù)來(lái)精確定位血管和細(xì)胞。

首先，他們使用免疫熒光技術(shù)用熒光或發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)標(biāo)記各種血管和干細(xì)胞表面的分子。

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

為了拍攝 3D 圖像，科學(xué)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(shè)備，但可以最大限度地減少光漂白。“當(dāng)組織長(zhǎng)時(shí)間暴露在光源下時(shí)，該工具可幫助我們避免熒光染料變質(zhì)，”Rindone 說(shuō)。

最后，他們使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)識(shí)別和分割頭骨的 3D 細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并重新創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的空間坐標(biāo)和體積。“這向我們展示了干細(xì)胞和骨細(xì)胞的普遍性以及它們?cè)陲B骨中的方向，”Rindone 說(shuō)。

該地圖揭示了干細(xì)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(jié)構(gòu)附近，這些結(jié)構(gòu)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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