徠卡顯微鏡活體多光子成像提供了對(duì)干細(xì)胞研究的新見(jiàn)解
在身體的許多組織中存在著巨大的利益。小腸例如上皮襯里完全更新每4天。在此過(guò)程中頂部是干細(xì)胞 - 細(xì)胞，無(wú)限分割。在小腸中，集群14-16干細(xì)胞位于隱窩柱狀，它包括了腸干細(xì)胞小生境的基極。最近發(fā)表在Nature表明，所有的干細(xì)胞分裂和被動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)利基空間“踢出”別人，這樣終究有干細(xì)胞接管整個(gè)利基。這意味著干細(xì)胞可能會(huì)失去干性，當(dāng)他們失去了小生的環(huán)境。 Jacco van Rheenen和Saskia Ellenbroek從Hubrecht研究所荷蘭烏得勒支，談活體成像的新方法，它允許下面的各個(gè)干細(xì)胞的命運(yùn)隨著時(shí)間的推移在體內(nèi)，并解釋在腸道干細(xì)胞發(fā)展的新范式干細(xì)胞小生境。
干細(xì)胞小生境 - 一個(gè)“板彈珠”
直到最近，大多數(shù)知識(shí)關(guān)于干細(xì)胞來(lái)自研究對(duì)造血系統(tǒng)。這意味著干細(xì)胞分裂，產(chǎn)生 2 女兒細(xì)胞的細(xì)胞不對(duì)稱(chēng)分裂的假設(shè)為基礎(chǔ): 一個(gè)新的干細(xì)胞和祖細(xì)胞，可以進(jìn)一步分裂和分化出的組織特異性的細(xì)胞類(lèi)型。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的教授 Clevers 和其他重要開(kāi)創(chuàng)性工作表明小腸干細(xì)胞系統(tǒng)是不同于造血系統(tǒng)。干細(xì)胞位于底部的絨毛，對(duì)腸壁的放大的腸表面的小突起之間的隱窩。這些隱窩的基礎(chǔ)包括干細(xì)胞龕。14 — — 16 干細(xì)胞駐留在一個(gè)土窖中。他們當(dāng)劃分時(shí)，有太多的細(xì)胞放入的生態(tài)位空間。細(xì)胞會(huì)隨機(jī)"被踢出去"的利基在邊界在哪里，他們開(kāi)始區(qū)分。這種競(jìng)爭(zhēng)最終將導(dǎo)致一個(gè)獲獎(jiǎng)的干細(xì)胞會(huì)引起土窖和相鄰絨毛內(nèi)的所有單元格。
這些研究結(jié)果有以前示可以表達(dá)不同的彩色熒光蛋白質(zhì)在腸道干細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo) — — Lgr5 的熒光小鼠模型綠色熒光蛋白-Ires-CreERT2/ 小鼠 R26R-五彩紙屑。這些在小鼠中內(nèi)每個(gè)龕位, 的 14 — — 16 干細(xì)胞能以不同的方式彩色編碼的激活五彩紙屑顏色隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器的他莫昔芬。出人意料的是，兩個(gè)或三個(gè)月后，在一個(gè)土窖中的所有單元格將會(huì)有相同的顏色，這就意味著那個(gè)細(xì)胞凌駕于別人之上贏得了比賽。這一發(fā)現(xiàn)意味著，在 14-16 不同的干細(xì)胞壁龕里有只有一個(gè)干細(xì)胞與長(zhǎng)期干細(xì)胞潛力。
"你可以比較這不同的彩色大理石板。板表示生態(tài)位和大理石干細(xì)胞。如果您允許大理石來(lái)劃分，一度有太多的人，他們會(huì)掉下板有限的空間。如果在盤(pán)子上，例如是只是一個(gè)黑色的大理石，這掉下來(lái)，你失去了這種顏色。最后你將會(huì)有盤(pán)子里只有一種顏色的彈珠，"解釋了雅克 ? van Rheenen。
圖 1： 的腸腺，成像通過(guò)成像窗口中生活老鼠的形象代表。紫色： 鍵入-膠原。綠色： Lgr5 陽(yáng)性干細(xì)胞。藍(lán)色、 黃色和紅色： 隨機(jī)標(biāo)記用五彩紙屑的顏色 （顏色隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器） 的干細(xì)胞。
你怎么知道哪個(gè)干細(xì)胞在競(jìng)爭(zhēng)中取勝嗎？
先前的研究只顯示快照的不同條件。干細(xì)胞的不同顏色不久后激活的隱窩內(nèi)顏色隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器的出現(xiàn)于一只老鼠，和在不同的鼠標(biāo)顯示了所有的隱窩單克隆，有只有一種顏色，三個(gè)月后的顏色隨機(jī)數(shù)發(fā)生器激活。從這些實(shí)驗(yàn)很清楚一個(gè)干細(xì)胞 wins，但靜態(tài)圖像缺乏有關(guān)的位置和歷史的此單元格的信息。
活體成像允許后干細(xì)胞隨著時(shí)間的推移。它表明生態(tài)位的每一個(gè)干細(xì)胞具有一定的概率，在競(jìng)爭(zhēng)中取勝。但干細(xì)胞壁龕的中心有一個(gè)更高的概率贏得比干細(xì)胞在邊境。然而，這些細(xì)胞有可能變化的地方，獲得更加有利的地位。原因是： 對(duì)每個(gè)細(xì)胞分裂，每個(gè)干細(xì)胞的位置可以有影響。在邊界細(xì)胞可以推向中心，重新獲得充分的干細(xì)胞的能力。這意味著具有較有利的位置的單元格仍能贏得競(jìng)爭(zhēng)的雖然它是不太可能。
干細(xì)胞是干細(xì)胞及其環(huán)境
干細(xì)胞研究目前教條是干細(xì)胞是干細(xì)胞，因?yàn)樗举|(zhì)上是一個(gè)干細(xì)胞。"它聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單： 我是荷蘭人，因?yàn)槲沂潜举|(zhì)上荷蘭，"van Rheenen 進(jìn)行了比較。但他和他的小組發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞是干細(xì)胞，因?yàn)樗沫h(huán)境。干細(xì)胞可以比其他人更有效只是由于其位置在龕內(nèi)。它更改其位置時(shí)它可以改變其潛在的干細(xì)胞，它可以失去或獲得細(xì)胞。在以前的隱喻的話說(shuō)，這意味著："我是荷蘭人，因?yàn)槲疑钤诤商m。如果我搬到德國(guó)，我將會(huì)成為德國(guó)。"但這也是可逆的： 當(dāng)一個(gè)德國(guó)會(huì)移動(dòng)到荷蘭，他/她將成為荷蘭人."這真的是一種全新的思維方式。
以前，人們可以只看看不同條件下的快照。一只老鼠被看著上不同的顏色切換后不久。當(dāng)一個(gè)彩色單元格將崛起給一個(gè)土窖中的所有單元格，另一個(gè)鼠標(biāo)的考察了晚得多。在當(dāng)前的研究干細(xì)胞動(dòng)力學(xué)考察隨時(shí)間的一種動(dòng)物。單個(gè)干細(xì)胞的歷史后，隨即看到實(shí)際上那個(gè)得獎(jiǎng)的干細(xì)胞就如何所有其他競(jìng)爭(zhēng)。這被實(shí)現(xiàn)與活體成像。通過(guò)很長(zhǎng)一段以下的后代的干細(xì)胞，van Rheenen 和他的同事可以排除的可能性它始終是一個(gè)單元格在邊境或接管土窖干細(xì)胞龕的中心。
活體成像技術(shù)是如何工作的？
通常情況下，一種動(dòng)物被開(kāi)放，以揭露顯微鏡感興趣的組織。然而，你得到一個(gè)開(kāi)放的傷口，這種動(dòng)物能生存此僅為幾個(gè)小時(shí)。Van Rheenen 和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了腹部成像窗口 （堿性離子水）。用相對(duì)簡(jiǎn)單的外科手術(shù)，在皮膚和腹壁，插入一個(gè)小小的玻璃窗口。這小小的窗口不影響小鼠，并允許成像的腸多天和多個(gè)會(huì)話使用多光子顯微鏡，在這期間他們都睡著了。"好的事情是，在成像會(huì)話之間，老鼠醒著的時(shí)候，可以做正常小鼠所做的事情。只是在成像，過(guò)程中將鼠標(biāo)不久放上顯微鏡舞臺(tái)的"說(shuō)，薩斯基亞 Ellenbroek，萊拉 45 的成績(jī)與出版物的第一作者。徠卡顯微鏡軟件的幫助下，想起了映像字段的位置。腸道是流動(dòng)性很強(qiáng)，大血管作為一個(gè)路線圖，找到大約相同的成像位置。由不同的顏色，彼此的相對(duì)位置的隱窩可以折回和成像在多個(gè)會(huì)話。由于這種技術(shù)允許隨時(shí)間在同一鼠標(biāo)，而不是不同小鼠在不同的時(shí)間點(diǎn)，研究干細(xì)胞相同它大大減少了所需的這些類(lèi)型的研究小鼠的數(shù)目。
活體成像顯示大圖片
通過(guò)使用活體成像和腹部成像窗口，它是真的可能隨著時(shí)間的推移遵循一個(gè)單個(gè)的單元格，并鏈接到某一位置在壁龕內(nèi)的行為的一個(gè)單元格。"而不是得到的靜態(tài)圖像，我們可以現(xiàn)在真的看到動(dòng)態(tài)變化隨著時(shí)間的推移"，說(shuō)薩斯基亞 Ellenbroek。"想象看著形象的一個(gè)非常擁擠的購(gòu)物街。如果你看看一個(gè)快照，你可以看到很多人在一個(gè)位置。如果你把一部電影同樣的街頭，你可以突然看到一個(gè)男人從一家商店和有人追他運(yùn)行。只有到那時(shí)，你意識(shí)到這個(gè)人偷了東西從一家商店。你永遠(yuǎn)不會(huì)看到這一刻你拍攝一個(gè)快照。這就是大的區(qū)別活體成像使到我們的研究，"解釋了 van Rheenen。
癌癥研究的新機(jī)會(huì)
干細(xì)胞可以失去一個(gè)被動(dòng)的事件 — — 而被踢出生態(tài)位由其他分裂的干細(xì)胞 — — 由于細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的性質(zhì)紙轉(zhuǎn)移有關(guān)干細(xì)胞行為的思維的方式。活體成像提供了大量的干細(xì)胞研究的可能性。
目前的研究重點(diǎn)在干細(xì)胞和表明微環(huán)境是重要的干細(xì)胞的行為。必然下, 一步將是操作環(huán)境和干細(xì)胞龕，調(diào)查這如何影響干細(xì)胞。他們將失去細(xì)胞嗎？會(huì)發(fā)生與組織什么？
要回答第二個(gè)大問(wèn)題是： 在一個(gè)發(fā)展中國(guó)家的腫瘤會(huì)發(fā)生什么呢？也有一個(gè)類(lèi)似干細(xì)胞層次結(jié)構(gòu)在哪里一個(gè)干細(xì)胞負(fù)責(zé)腫瘤的生長(zhǎng)，因?yàn)樗麄儎澐种挥袔状危缓髸?huì)被踢出去，其他人將消亡嗎？奇怪的，我們正在等待答案。