Science子刊:把骨骼变透明,将干细胞“一览无余”

医疗健康 来源:学术经纬
2017
05/04
16:23
学术经纬 医疗健康

眼睛是心灵的窗户。如果在骨骼上也有这样的一扇窗户,那么我们就能透视骨髓,能更好地研究其发育及相关疾病。如今,加州理工学院(California Institute of Technology)开发的一项新技术就可以使完整的骨骼“透明”,使研究人员能够用光学显微镜直接透视观察骨髓中的干细胞。这项发表于《科学》子刊《Science Translational Medicine》上的技术突破可以让人们更好地测试骨质疏松症等骨骼疾病药物的疗效。

在健康的骨骼中,新生骨质的成骨细胞(osteoblast)和分解旧骨质的破骨细胞(osteoclast)之间存在着动态而微妙的平衡。该过程由骨髓中的干细胞部分控制,后者即是骨祖细胞(osteoprogenitor)。骨祖细胞会分化成骨细胞和骨细胞,以对骨骼系统进行调节和维持。这一机制对骨骼的健康十分重要。骨质的持续性净流失会增加发生骨折的风险,导致骨质疏松症。为了有效应对这一疾病,我们必须研究骨髓中干细胞的行为。然而,这一个罕见的细胞群体,以一种不均匀的方式分布在整个骨骼中。


▲骨质的动态调节(图片来源:《Nature Medicine》)

“由于骨骼干细胞群体的稀缺性,仅从几份骨骼切片的观察中是难以推断出其总体的数量和位置的,”文章共同第一作者Alon Greenbaum博士说道:“另外,骨骼切片的取样过程本身就会导致骨质流失,破坏骨骼中干细胞的所处复杂微环境,因此我们还是需要能在完整的骨骼组织内进行观察。”

为了做到这一点,文章作者们采用了CLARITY技术。这一手段最初由当时还在斯坦福大学(Stanford University)进行博士后研究工作的Alon Greenbaum博士开发,可使得诸如大脑这样的软组织变得透明。CLARITY技术会从细胞中去除不透明的脂质分子,同时还输入透明的水凝胶以提供结构支持。后来,Alon Greenbaum博士在加州理工的团队扩大该技术的应用范围,实现让整个小鼠身体中的软组织变得透明。现在,该团队决定更进一步,找到了让骨骼这样的硬组织透明化的方法,即Bone CLARITY。


▲Bone CLARITY技术的透视骨骼成像(图片来源:《Science Translational Medicine》)

研究人员构建了骨祖细胞被红色荧光标记的转基因小鼠,使得这些Sox9-tdTomato+骨祖细胞得以被光学成像。就这样,小鼠股骨、胫骨和脊柱的骨骼被取样,每个样品的长度约为几厘米。接着,研究人员从骨骼去除钙质,因为钙质会使得骨组织不透明。之后,骨骼样品被灌注入水凝胶,将蛋白质和核酸等细胞组分固定在其原有位置,并保留了样品的结构。最后,他们用柔和的去垢剂流过整个骨骼样品以洗去脂质,最终使骨骼变得透明。研究团队还专门开发了一个定制的单层光显微镜(light-sheet microscope),以对被如此处理过的骨骼样品进行快速且高分辨率的成像,以避免荧光信号的衰减。在骨骼样品中,我们清楚的看到被红色荧光标记的骨祖细胞。

为了将Bone CLARITY付诸药物开发的实践,研究者们与安进(Amgen)公司进行了合作,测试一种正在开发中的用于治疗骨质疏松症新药,后者是靶向sclerostin蛋白的抗体。

“我们在安进的合作者提供了一种可增加骨质的在研新药,”文章共同第一作者、在读研究生Ken Y. Chan说:“然而,该药对干细胞群体的影响还不清楚,我们认为它可能会促进干细胞的增殖。” 为了验证这一点,研究人员给了一组小鼠施用了sclerostin抗体,然后用Bone CLARITY将其脊柱与对照组进行比较。“我们看到,这种药物确实使干细胞的数量增加,”他说道:“监测干细胞对这些药物的反应是至关重要的,因为最初的干细胞增殖肯定是需要的,由于骨骼正在新生,但长期干细胞增殖则可能导致癌症。”

此外,该技术还将有助于了解骨骼与身体其他部位的相互作用。


▲文章通讯作者Viviana Gradinaru教授(图片来源:加州理工学院)

“生物学家们已经开始认识到,骨骼的作用不仅仅是结构支持,”文章通讯作者Viviana Gradinaru教授说道:“例如,来自骨骼的激素会被发送之大脑,以调节食欲。另外,头骨和大脑之间的相互作用界面是神经科学领域的重要研究方向。我们希望,Bone CLARITY技术将在理解这些重要器官内在运作机制上创造新的突破。”

参考资料

[1] Bone CLARITY: Clearing, imaging, and computational analysis of osteoprogenitors within intact bone marrow

[2] Transparent bones enable researchers to observe the stem cells inside

来源:学术经纬

为你推荐

又一家脑机接口企业完成融资,连续两轮融资约8亿资讯

又一家脑机接口企业完成融资,连续两轮融资约8亿

近日,上海主动科技有限公司宣布完成4 64亿元人民币天使+轮融资。本轮由高榕创投、国投先导、上海科创投联合领投,康君资本、中网投、国泰海通、浦东创投、上海科创基金、广药...

2026-11-04 17:04

恒瑞医药双靶点 mRNA 体内 CAR-T 产品获临床试验默示许可资讯

恒瑞医药双靶点 mRNA 体内 CAR-T 产品获临床试验默示许可

据国家药监局药品审评中心公示信息,11 月 3 日,上海瑞宏迪医药有限公司自主研发的双靶点体内 CAR-T 产品 RGL-208 注射液,获临床试验默示许可,适应症拟定为复发 ...

2026-11-04 15:57

脑机接口企业阶梯医疗启动上市辅导资讯

脑机接口企业阶梯医疗启动上市辅导

11月3日,据证监会官网披露,上海阶梯医疗科技股份有限公司正式向上海证监局办理辅导备案登记,辅导机构为华泰联合证券,辅导协议签署时间为10月30日。

2026-11-04 15:41

国际SOS发布跨境人员健康与安全六项建议资讯

国际SOS发布跨境人员健康与安全六项建议

随着2026年最后两个月国际经贸活动陆续启幕,全球双向商务往来日益密集。与此同时,秋冬季呼吸道疾病、海外部分地区安全局势变化以及极端天气等因素,也为跨境商务人员的健康、...

2026-11-04 15:17

费森尤斯与药明生物达成10年合作资讯

费森尤斯与药明生物达成10年合作

11月2日,费森尤斯与药明生物达成合作,将在未来10年获得最多37款已确定生物类似药候选产品的独家选择权。

2026-11-04 13:09

1/20,药明康德成唯一一只入选医药股资讯

1/20,药明康德成唯一一只入选医药股

近日,伴随公募基金三季报披露收官,重仓股排行榜单也发生了变化。

2026-11-04 11:54

华东医药自研1类新药卡维列隆氨丁三醇片中国上市申请获受理资讯

华东医药自研1类新药卡维列隆氨丁三醇片中国上市申请获受理

适用于在控制饮食和增加体力活动的基础上对成人患者的长期体重控制,初始体重指数(BMI)为:≥28kg m2(肥胖),或≥24kg m2 (超重)并伴有至少一种体重相关的合并症,例如...

2026-11-03 21:38

新修订《医疗器械生产质量管理规范》 共性问题解答(第一期)资讯

新修订《医疗器械生产质量管理规范》 共性问题解答(第一期)

共性问题一:《规范》第四条要求企业应当将风险管理理念贯穿于质量管理体系运行全过程,请问该全过程具体包含哪些环节?

2026-11-03 15:46

英捷信医疗宣布完成2亿元人民币B轮融资资讯

英捷信医疗宣布完成2亿元人民币B轮融资

英捷信医疗专注于自我给药系统研发与制造。公司产品线覆盖胰岛素、GLP-1、生长激素等生物制剂给药装置,包括一次性预填充注射笔、扭簧注射笔、重复注射笔及自动注射器(AIPen)等。

2026-11-03 11:22

熙源安健与艾伯维独家授权最高可达7.57亿美元资讯

熙源安健与艾伯维独家授权最高可达7.57亿美元

今日,熙源安健医药(北京)股份有限公司公布其与艾伯维的独家授权协议的最新进展。

2026-11-03 10:59

“药品差比价规则”轻松读资讯

“药品差比价规则”轻松读

在药品采购、挂网、定价、报销的政策体系里,有效成分相同、剂型规格包装不同的药品,它们的价格谁可以高、谁应该低,具体可以相差多少钱,往往都离不开一句:那就按“药品差比...

2026-11-03 09:12

赛沃替尼+奥希替尼联合疗法在欧洲和日本的上市申请获受理资讯

赛沃替尼+奥希替尼联合疗法在欧洲和日本的上市申请获受理

11 月 2 日,和黄医药发布公告,赛沃替尼+奥希替尼联合疗法在欧洲和日本的上市申请已获得监管机构受理,用于治疗 MET 驱动的 EGFR 突变非小细胞肺癌(NSCLC)。此前 9 ...

2026-11-03 08:39

《转移性乳腺癌患者的重“质”人生》视频短片与“健康有心”乳腺癌患者生活质量手账同台发布资讯

《转移性乳腺癌患者的重“质”人生》视频短片与“健康有心”乳腺癌患者生活质量手账同台发布

2026年10月31日,由北京爱谱癌症患者关爱基金会主办的创新赋能 以行践言第六届癌症患者康复支持大会在浙江湖州举行。

2026-11-02 17:38

蚂蚁阿福获世界互联网大会领先科技奖资讯

蚂蚁阿福获世界互联网大会领先科技奖

11月2日,在2026年世界互联网大会上,蚂蚁集团旗下的健康AI蚂蚁阿福获得领先科技奖,

2026-11-02 17:25

湖南将基层住院起付线统一压至200元,转诊不重复收费资讯

湖南将基层住院起付线统一压至200元,转诊不重复收费

近日,湖南省医保局、湖南省发展改革委、湖南省卫生健康委联合印发《关于贯彻落实国家〈关于医保支持基层医疗卫生服务发展的指导意见〉的通知》(湘医保发〔2026〕45号)。今后...

2026-11-02 16:40

FDA批准首款质粒DNA免疫疗法上市资讯

FDA批准首款质粒DNA免疫疗法上市

10月30日,美国FDA批准INOVIO开发的VOCERYQ(INO-3107),用于降低成人复发性呼吸道乳头状瘤(RRP)的手术频率,成为美国首款获批的质粒DNA免疫疗法,这也是DNA药物平台在人体疾...

2026-11-02 14:40

健之佳因门店租赁模式补缴税款及滞纳金2.65亿元资讯

健之佳因门店租赁模式补缴税款及滞纳金2.65亿元

10月30日晚间,健之佳发布,公司需规范补缴税款及滞纳金合计约2 65亿元。受此影响第三季度归母净利润由盈转亏,单季亏损3 12亿元。

2026-11-02 11:48

奥精医疗涉嫌财务数据虚假记载被立案资讯

奥精医疗涉嫌财务数据虚假记载被立案

11月1日晚,奥精医疗公告,公司于11月1日收到中国证监会对公司下发的《立案告知书》(编号:证监立案字0142026050号)。因公司涉嫌定期报告等财务数据虚假记载,根据《中华人民共...

2026-11-02 10:53

华为首个三类医疗器械注册证获批,进军持续动态血糖监测赛道资讯

华为首个三类医疗器械注册证获批,进军持续动态血糖监测赛道

近日,国家药监局发布的《2026年10月30日医疗器械批准证明文件送达信息》显示,华为取得持续葡萄糖监测系统的医疗器械注册证。申请人为华为终端有限公司,受理号CQZ2502000,注...

2026-11-01 21:11

卫材将原研品种海乐卫国内权益交由亿帆医药运营资讯

卫材将原研品种海乐卫国内权益交由亿帆医药运营

近日,亿帆医药与卫材(苏州)贸易有限公司正式签署商业化合作协议。根据协议约定,亿帆医药将获得卫材贸易旗下原研抗肿瘤药物海乐卫(Halaven,通用名:甲磺酸艾立布林注射液)...

2026-10-31 21:52