透明的骨骼使研究人员能够观察其中的干细胞

十年前，你身体里的骨头并不存在。就像皮肤一样，骨骼也在不断地自我更新，旧组织脱落，由骨髓中的干细胞再生。现在，加州理工学院开发的一项新技术可以使完整的骨骼透明，使研究人员可以在环境中观察这些干细胞。该方法是测试对抗骨质疏松症等疾病的新药的一个突破。

这项研究是在Viviana Gradinaru的实验室完成的。Viviana Gradinaru是生物学和生物工程的助理教授，也是传统医学研究所的研究员。ob欧宝直播nba它出现在4月26日出版的科学转化医学。

在健康的骨骼中，生长的细胞之间存在着微妙的平衡骨量这些细胞会在一个持续的重塑周期中分解旧骨。这个过程部分是由干细胞在骨髓中有一种叫做骨祖细胞的物质，它可以发育成成骨细胞或骨细胞，调节和维护骨骼。骨质疏松症是骨质流失导致骨折的高风险疾病，为了更好地了解这些疾病，研究干细胞的行为至关重要骨髓。然而，这一群体是罕见的，并不是均匀分布在整个骨骼。

生物学和生物工程博士后、论文第一作者之一阿隆·格林鲍姆(Alon Greenbaum)说:“由于骨骼中的干细胞数量稀少，仅从几片骨头中推断它们的数量和位置颇具挑战性。”“此外，切割骨骼会导致退化，并失去骨内干细胞复杂的三维环境。所以我们需要看到完整组织的内部。”

为了做到这一点，该团队建立了一种名为“清晰”的技术，该技术最初是格拉迪纳鲁在斯坦福大学的研究生工作期间为清除脑组织而开发的。通过从细胞中去除不透明的脂质分子，同时通过注入透明的水凝胶网提供结构支持，透明使软组织(如大脑)变得透明。加州理工学院的Gradinaru小组后来扩展了这种方法，使所有的软组织在老鼠的身体上透明。研究小组接下来开始研究清除硬组织的方法，比如构成我们骨骼的骨骼。

在这篇新论文中描述的工作中，该团队从死后的转基因老鼠的骨头开始。这些老鼠通过基因工程使它们的干细胞发出红色荧光，这样它们就可以很容易地成像。研究小组检查了股骨和胫骨，以及脊柱的骨头;每个样本都有几厘米长。首先，研究人员从骨骼中去除钙:钙会导致不透明骨组织钙含量比软组织高得多。接下来，因为脂质也为组织提供了结构，研究小组将一种水凝胶注入骨骼，它将蛋白质和核酸等细胞成分锁在原位，并保存了样本的结构。最后，一种温和的清洁剂流过骨头来洗掉脂肪，使骨头对眼睛是透明的。为了对清除后的骨骼进行成像，该团队建造了一个定制的光片显微镜，以快速和高分辨率的可视化，不会损害荧光信号。清除后的骨头显示里面有一群发出红色荧光的干细胞。

该团队与安进(Amgen)生物技术公司的研究人员合作，使用名为Bone CLARITY的方法来测试一种用于治疗骨质疏松症的新药。骨质疏松症每年影响着数百万美国人。

“我们在安进的合作者给我们送来了一种新的增加骨量的治疗方法，”该论文的共同第一作者，研究生Ken Chan说。然而，这些疗法对干细胞群的影响尚不清楚。我们推断，它们可能会增加干细胞的增殖。”为了验证这一点，研究人员给一组小鼠进行了治疗，并使用Bone CLARITY软件将它们的脊柱与未服用药物的对照组小鼠的骨骼进行了比较。“我们确实看到了stem的增长细胞用这种药，”他说。“监测干细胞对这些药物的反应是至关重要的，因为在新骨形成的过程中，增殖的早期增长是可以预见的，但长期的增殖可能导致癌症。”

这项技术在理解骨骼与身体其他部分的相互作用方面有很好的应用前景。

“生物学家开始发现，骨骼不仅仅是结构支撑，”格拉迪纳鲁说，他同时也是天桥医学院分子与细胞神经科学研究中心(Center for Molecular and Cellular Neuroscience at the Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience at Caltech)的主任。“例如，来自骨骼的激素向大脑发送信号来调节食欲，而研究头骨和大脑之间的界面是神经科学的重要组成部分。我们希望‘骨清晰’能帮助我们在理解这些重要器官的内部运作方面开辟新的领域。”

这篇论文的题目是“骨清晰度:骨前体细胞的清除、成像和计算分析。骨骨髓。”

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