我们现在有能力让骨骼几乎隐形

为骨骼疾病提供新视角

需要明确的是,科学家们距离重现《隐形人》的故事还差得很远。但最近,他们学会了制造透明的大脑幽灵般的 the rat bodies,现在他们甚至还创造了透明的骨骼。

我们的骨骼由生活在钙和胶原蛋白中的细胞组成。这些细胞构建和重塑我们的骨骼,并生成新的血细胞。但我们对它们的排列方式或行为方式知之甚少。

这是因为到目前为止,观察骨骼内部的两种主要方法都具有很大的破坏性。一种方法是将骨骼捣碎并提取细胞——这是一种计算细胞数量的好方法,但无法告知我们它们的原始位置。第二种方法是将骨骼切成纸一样薄的切片进行显微镜检查;这可以保留细胞的位置,但并不能真正展现全貌。

Science Translational Medicine》今日报道的这项制造骨骼透明化的新方法,通过展示所有细胞的正确位置,兼具了两者的优点。加州理工学院的生物学家 Viviana Gradinaru 和她的团队在小鼠骨骼上演示了该技术,并希望它最终能为骨质疏松症和其他人类疾病提供启示。

clear bones
小鼠的脊柱,处理前(左)和处理后(右)。 Greenbaum 等人/Sci. Transl. Med. 2017

科罗拉多大学博尔德分校的机械工程师 Corey Neu(未参与该研究)表示:“骨骼透明化能够解决一系列以前无法解决的问题。” 他预计这项技术将有助于研究细胞衰老、骨癌、愈合过程等。

工作原理

这种骨骼透明化的神奇之处依赖于2013年开发的一项名为“Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging/Immunostaining/In situ hybridization–compatible Tissue hYdrogel”的技术。幸运的是,开发者们将其简称为 CLARITY。

CLARITY 最初是为观察软组织内部而开发的。但通过增加一些额外的步骤,Gradinaru 和她的团队成功地观察了转基因小鼠的股骨、胫骨和椎骨内部。

他们的技术包括去除钙,并使用化学物质洗去可能模糊细胞视野的脂肪和血液残留物。一种水凝胶有助于保持骨骼的3D结构,并帮助化学物质渗透到骨骼中。搅拌器则使液体保持流动,帮助化学物质深入骨骼。

经过为期28天的处理,最终留下的是一块透明、凝胶状、骨骼形状的团块,研究人员可以在其中看到发出荧光的细胞。

Neu 表示,他的实验室曾使用化学物质使骨组织变得更透明,但从未达到*如此*的透明度。Neu 说,这项新工艺的巧妙之处在于它在不破坏细胞的情况下去除矿物质,并且使用了其他科学家容易获得的常用化学物质。

但请收起你的隐形斗篷:这项技术不能在活体生物中使用,因为骨骼需要在几周内用大量化学物质进行搅拌。

将该工艺规模化以使人体骨骼透明化也将是一个挑战;化学物质需要渗透到骨骼中,所以较大的骨骼需要更长的时间。Gradinaru 表示,她可能会将骨骼切成小块,以便在合理的时间内完成。

新的视角

Gradinaru 和她的团队已经利用这项新技术了解一种实验性骨质疏松症治疗方法如何帮助重建骨骼。

在初步测试中,阻断骨硬化蛋白(一种抑制骨骼生长的蛋白质)的抗体提高了患者的骨密度并降低了骨折风险。通过给小鼠注射抗体,然后观察它们骨骼内部,Gradinaru 的团队发现,即使非常短时间的治疗也能增加成骨前体细胞的数量,这些细胞可以分化为成骨细胞。

除了测试新药物,这种成像过程还提供了对健康和患病骨骼细胞活动的新视角,这可能带来有助于骨骼疾病患者的见解。

 

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