已經(jīng)開發(fā)出一種使用多種成像技術(shù)在其微環(huán)境中跟蹤和檢查單個造血干細胞的策略。通過整合共聚焦顯微鏡、X射線顯微鏡和串行塊面掃描電子顯微鏡，該方法使科學(xué)家能夠檢查該空間中發(fā)生的曾經(jīng)難以捉摸的細胞間相互作用。

【資料圖】

“使用我們的新技術(shù)，我們現(xiàn)在不僅可以看到干細胞，還可以看到所有接觸的周圍小生境細胞，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的助理教授OwenTamplin博士解釋說，他是該項目的共同領(lǐng)導(dǎo)者。與加州大學(xué)圣地亞哥分校神經(jīng)科學(xué)教授MarkEllisman博士合作。他們在eLife上發(fā)表了一篇題為“通過相關(guān)光學(xué)和電子顯微鏡定義造血干細胞生態(tài)位的超微結(jié)構(gòu)”的文章。

生態(tài)位是在骨髓等組織中發(fā)現(xiàn)的微環(huán)境，其中含有支持血液系統(tǒng)的造血干細胞。這是造血干細胞與其鄰近細胞之間每秒發(fā)生專門相互作用的地方，但這些相互作用很難追蹤，也不清楚。

“目前，我們在標記物數(shù)量有限且分辨率低的情況下觀察組織中的干細胞，但我們遺漏了太多信息，”Tamplin說?！斑@種[新策略]使我們能夠識別微環(huán)境中我們甚至不知道與干細胞相互作用的細胞類型，這開辟了新的研究方向?！?/p>

雖然造血干細胞很難在大多數(shù)活生物體中定位，但透明的斑馬魚幼蟲為研究人員提供了一個獨特的機會，可以更輕松地觀察造血干細胞生態(tài)位的內(nèi)部運作。在這種情況下，Tamplin、Ellisman和他們的團隊研究了造血干細胞和祖細胞(HSPC)向斑馬魚幼蟲中假定的成年腎骨髓(KM)生態(tài)位的早期遷移事件。

“這是斑馬魚的真正優(yōu)點，能夠?qū)毎M行成像，”坦普林談到這種動物的透明品質(zhì)時說?！霸诓溉閯游镏?，造血干細胞在子宮內(nèi)的骨髓中發(fā)育，這使得基本上不可能實時看到這些事件的發(fā)生。但是，對于斑馬魚，你實際上可以看到干細胞通過循環(huán)到達，找到生態(tài)位，附著在它上面，然后進入并寄宿在那里?！?/p>

使用他們的成像策略，他們發(fā)現(xiàn)可以在活體組織深處追蹤單個假定的HSPC，并在HSPC定植的最早階段觀察幼蟲KM生態(tài)位。

“首先，我們通過光片或共聚焦顯微鏡鑒定了單個熒光標記的干細胞，”Tamplin解釋說。“接下來，我們處理了相同的樣品，用于連續(xù)塊面掃描電子顯微鏡。然后我們對齊3D光學(xué)和電子顯微鏡數(shù)據(jù)集。通過交叉使用這些不同的成像技術(shù)，我們可以看到組織深處單個稀有細胞的超微結(jié)構(gòu)。這也使我們能夠找到與血液干細胞接觸的所有周圍小生境細胞。我們相信我們的方法將廣泛適用于許多系統(tǒng)中的相關(guān)光學(xué)和電子顯微鏡?！?/p>

Tamplin希望這種方法可以用于許多其他類型的干細胞，例如腸道、肺和腫瘤微環(huán)境中的干細胞，這些稀有細胞需要在納米分辨率下進行表征。

“這項研究將真正幫助我們了解干細胞的行為和功能，”坦普林說。“更好地了解干細胞行為以及周圍生態(tài)位細胞的調(diào)節(jié)，可能會改進基于干細胞的療法。”

“移植的造血干細胞被用作許多血液疾病和癌癥的治療方法，但造血干細胞非常罕見，很難在活生物體中定位，”他補充道?！斑@使得表征它們并了解它們?nèi)绾闻c鄰近細胞相互作用和連接變得非常具有挑戰(zhàn)性?！?/p>

他們的工作結(jié)果表明，HSPC所在的生態(tài)位存在異質(zhì)性?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了HSPC和周圍小生境細胞的各種不同配置，這表明HSPC寄宿位點可能存在功能異質(zhì)性，”他們寫道。“我們的方法還使我們能夠?qū)⒍喟桶乏?羥化酶(dbh)陽性神經(jīng)節(jié)細胞鑒定為HSPC生態(tài)位中先前未表征的功能性細胞類型?！?/p>

未來的工作將提供更多信息來確定異質(zhì)性的程度和功能意義。

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