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徕卡显微镜活体多光子成像提供了对干细胞研究的新见解

2014-08-05  发布者:admin 

在身体的许多组织中存在着巨大的利益。小肠例如上皮衬里完全更新每4天。在此过程中顶部是干细胞 - 细胞,无限分割。在小肠中,集群14-16干细胞位于隐窝柱状,它包括了肠干细胞小生境的基极。最近发表在Nature表明,所有的干细胞分裂和被动竞争利基空间“踢出”别人,这样终究有干细胞接管整个利基。这意味着干细胞可能会失去干性,当他们失去了小生的环境。 Jacco van Rheenen和Saskia Ellenbroek从Hubrecht研究所荷兰乌得勒支,谈活体成像的新方法,它允许下面的各个干细胞的命运随着时间的推移在体内,并解释在肠道干细胞发展的新范式干细胞小生境。

干细胞小生境 - 一个“板弹珠”

直到最近,大多数知识关于干细胞来自研究对造血系统。这意味着干细胞分裂,产生 2 女儿细胞的细胞不对称分裂的假设为基础: 一个新的干细胞和祖细胞,可以进一步分裂和分化出的组织特异性的细胞类型。

通过实验室的教授 Clevers 和其他重要开创性工作表明小肠干细胞系统是不同于造血系统。干细胞位于底部的绒毛,对肠壁的放大的肠表面的小突起之间的隐窝。这些隐窝的基础包括干细胞龛。14 — — 16 干细胞驻留在一个土窖中。他们当划分时,有太多的细胞放入的生态位空间。细胞会随机"被踢出去"的利基在边界在哪里,他们开始区分。这种竞争最终将导致一个获奖的干细胞会引起土窖和相邻绒毛内的所有单元格。

这些研究结果有以前示可以表达不同的彩色荧光蛋白质在肠道干细胞经诱导 — — Lgr5 的荧光小鼠模型绿色荧光蛋白-Ires-CreERT2/ 小鼠 R26R-五彩纸屑。这些在小鼠中内每个龛位, 的 14 — — 16 干细胞能以不同的方式彩色编码的激活五彩纸屑颜色随机函数发生器的他莫昔芬。出人意料的是,两个或三个月后,在一个土窖中的所有单元格将会有相同的颜色,这就意味着那个细胞凌驾于别人之上赢得了比赛。这一发现意味着,在 14-16 不同的干细胞壁龛里有只有一个干细胞与长期干细胞潜力。

"你可以比较这不同的彩色大理石板。板表示生态位和大理石干细胞。如果您允许大理石来划分,一度有太多的人,他们会掉下板有限的空间。如果在盘子上,例如是只是一个黑色的大理石,这掉下来,你失去了这种颜色。最后你将会有盘子里只有一种颜色的弹珠,"解释了雅克 ∙ van Rheenen。

图 1: 的肠腺,成像通过成像窗口中生活老鼠的形象代表。紫色: 键入-胶原。绿色: Lgr5 阳性干细胞。蓝色、 黄色和红色: 随机标记用五彩纸屑的颜色 (颜色随机函数发生器) 的干细胞。
 

你怎么知道哪个干细胞在竞争中取胜吗?

先前的研究只显示快照的不同条件。干细胞的不同颜色不久后激活的隐窝内颜色随机函数发生器的出现于一只老鼠,和在不同的鼠标显示了所有的隐窝单克隆,有只有一种颜色,三个月后的颜色随机数发生器激活。从这些实验很清楚一个干细胞 wins,但静态图像缺乏有关的位置和历史的此单元格的信息。

活体成像允许后干细胞随着时间的推移。它表明生态位的每一个干细胞具有一定的概率,在竞争中取胜。但干细胞壁龛的中心有一个更高的概率赢得比干细胞在边境。然而,这些细胞有可能变化的地方,获得更加有利的地位。原因是: 对每个细胞分裂,每个干细胞的位置可以有影响。在边界细胞可以推向中心,重新获得充分的干细胞的能力。这意味着具有较有利的位置的单元格仍能赢得竞争的虽然它是不太可能。

干细胞是干细胞及其环境

干细胞研究目前教条是干细胞是干细胞,因为它本质上是一个干细胞。"它听起来很简单: 我是荷兰人,因为我是本质上荷兰,"van Rheenen 进行了比较。但他和他的小组发现了干细胞是干细胞,因为它的环境。干细胞可以比其他人更有效只是由于其位置在龛内。它更改其位置时它可以改变其潜在的干细胞,它可以失去或获得细胞。在以前的隐喻的话说,这意味着:"我是荷兰人,因为我生活在荷兰。如果我搬到德国,我将会成为德国。"但这也是可逆的: 当一个德国会移动到荷兰,他/她将成为荷兰人."这真的是一种全新的思维方式。

以前,人们可以只看看不同条件下的快照。一只老鼠被看着上不同的颜色切换后不久。当一个彩色单元格将崛起给一个土窖中的所有单元格,另一个鼠标的考察了晚得多。在当前的研究干细胞动力学考察随时间的一种动物。单个干细胞的历史后,随即看到实际上那个得奖的干细胞就如何所有其他竞争。这被实现与活体成像。通过很长一段以下的后代的干细胞,van Rheenen 和他的同事可以排除的可能性它始终是一个单元格在边境或接管土窖干细胞龛的中心。

活体成像技术是如何工作的?

通常情况下,一种动物被开放,以揭露显微镜感兴趣的组织。然而,你得到一个开放的伤口,这种动物能生存此仅为几个小时。Van Rheenen 和他的团队发明了腹部成像窗口 (碱性离子水)。用相对简单的外科手术,在皮肤和腹壁,插入一个小小的玻璃窗口。这小小的窗口不影响小鼠,并允许成像的肠多天和多个会话使用多光子显微镜,在这期间他们都睡着了。"好的事情是,在成像会话之间,老鼠醒着的时候,可以做正常小鼠所做的事情。只是在成像,过程中将鼠标不久放上显微镜舞台的"说,萨斯基亚 Ellenbroek,莱拉 45 的成绩与出版物的第一作者。徕卡显微镜软件的帮助下,想起了映像字段的位置。肠道是流动性很强,大血管作为一个路线图,找到大约相同的成像位置。由不同的颜色,彼此的相对位置的隐窝可以折回和成像在多个会话。由于这种技术允许随时间在同一鼠标,而不是不同小鼠在不同的时间点,研究干细胞相同它大大减少了所需的这些类型的研究小鼠的数目。

活体成像显示大图片

通过使用活体成像和腹部成像窗口,它是真的可能随着时间的推移遵循一个单个的单元格,并链接到某一位置在壁龛内的行为的一个单元格。"而不是得到的静态图像,我们可以现在真的看到动态变化随着时间的推移",说萨斯基亚 Ellenbroek。"想象看着形象的一个非常拥挤的购物街。如果你看看一个快照,你可以看到很多人在一个位置。如果你把一部电影同样的街头,你可以突然看到一个男人从一家商店和有人追他运行。只有到那时,你意识到这个人偷了东西从一家商店。你永远不会看到这一刻你拍摄一个快照。这就是大的区别活体成像使到我们的研究,"解释了 van Rheenen。

癌症研究的新机会

干细胞可以失去一个被动的事件 — — 而被踢出生态位由其他分裂的干细胞 — — 由于细胞的发现当前的性质纸转移有关干细胞行为的思维的方式。活体成像提供了大量的干细胞研究的可能性。

目前的研究重点在干细胞和表明微环境是重要的干细胞的行为。必然下, 一步将是操作环境和干细胞龛,调查这如何影响干细胞。他们将失去细胞吗?会发生与组织什么?

要回答第二个大问题是: 在一个发展中国家的肿瘤会发生什么呢?也有一个类似干细胞层次结构在哪里一个干细胞负责肿瘤的生长,因为他们划分只有几次,然后会被踢出去,其他人将消亡吗?奇怪的,我们正在等待答案。