徠卡顯微鏡活體多光子成像提供了對干細胞研究的新見解
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。在此過程中頂部是干細胞 - 細胞，無限分割。在小腸中，集群14-16干細胞位于隱窩柱狀，它包括了腸干細胞小生境的基極。最近發(fā)表在Nature表明，所有的干細胞分裂和被動競爭利基空間“踢出”別人，這樣終究有干細胞接管整個利基。這意味著干細胞可能會失去干性，當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，它允許下面的各個干細胞的命運隨著時間的推移在體內(nèi)，并解釋在腸道干細胞發(fā)展的新范式干細胞小生境。
干細胞小生境 - 一個“板彈珠”
直到最近，大多數(shù)知識關(guān)于干細胞來自研究對造血系統(tǒng)。這意味著干細胞分裂，產(chǎn)生 2 女兒細胞的細胞不對稱分裂的假設(shè)為基礎(chǔ): 一個新的干細胞和祖細胞，可以進一步分裂和分化出的組織特異性的細胞類型。
通過實驗室的教授 Clevers 和其他重要開創(chuàng)性工作表明小腸干細胞系統(tǒng)是不同于造血系統(tǒng)。干細胞位于底部的絨毛，對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)包括干細胞龕。14 — — 16 干細胞駐留在一個土窖中。他們當劃分時，有太多的細胞放入的生態(tài)位空間。細胞會隨機"被踢出去"的利基在邊界在哪里，他們開始區(qū)分。這種競爭最終將導(dǎo)致一個獲獎的干細胞會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不同的彩色熒光蛋白質(zhì)在腸道干細胞經(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)每個龕位, 的 14 — — 16 干細胞能以不同的方式彩色編碼的激活五彩紙屑顏色隨機函數(shù)發(fā)生器的他莫昔芬。出人意料的是，兩個或三個月后，在一個土窖中的所有單元格將會有相同的顏色，這就意味著那個細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 不同的干細胞壁龕里有只有一個干細胞與長期干細胞潛力。
"你可以比較這不同的彩色大理石板。板表示生態(tài)位和大理石干細胞。如果您允許大理石來劃分，一度有太多的人，他們會掉下板有限的空間。如果在盤子上，例如是只是一個黑色的大理石，這掉下來，你失去了這種顏色。最后你將會有盤子里只有一種顏色的彈珠，"解釋了雅克 ? van Rheenen。
圖 1： 的腸腺，成像通過成像窗口中生活老鼠的形象代表。紫色： 鍵入-膠原。綠色： Lgr5 陽性干細胞。藍色、 黃色和紅色： 隨機標記用五彩紙屑的顏色 （顏色隨機函數(shù)發(fā)生器） 的干細胞。
你怎么知道哪個干細胞在競爭中取勝嗎？
先前的研究只顯示快照的不同條件。干細胞的不同顏色不久后激活的隱窩內(nèi)顏色隨機函數(shù)發(fā)生器的出現(xiàn)于一只老鼠，和在不同的鼠標顯示了所有的隱窩單克隆，有只有一種顏色，三個月后的顏色隨機數(shù)發(fā)生器激活。從這些實驗很清楚一個干細胞 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胞隨著時間的推移。它表明生態(tài)位的每一個干細胞具有一定的概率，在競爭中取勝。但干細胞壁龕的中心有一個更高的概率贏得比干細胞在邊境。然而，這些細胞有可能變化的地方，獲得更加有利的地位。原因是： 對每個細胞分裂，每個干細胞的位置可以有影響。在邊界細胞可以推向中心，重新獲得充分的干細胞的能力。這意味著具有較有利的位置的單元格仍能贏得競爭的雖然它是不太可能。
干細胞是干細胞及其環(huán)境
干細胞研究目前教條是干細胞是干細胞，因為它本質(zhì)上是一個干細胞。"它聽起來很簡單： 我是荷蘭人，因為我是本質(zhì)上荷蘭，"van Rheenen 進行了比較。但他和他的小組發(fā)現(xiàn)了干細胞是干細胞，因為它的環(huán)境。干細胞可以比其他人更有效只是由于其位置在龕內(nèi)。它更改其位置時它可以改變其潛在的干細胞，它可以失去或獲得細胞。在以前的隱喻的話說，這意味著："我是荷蘭人，因為我生活在荷蘭。如果我搬到德國，我將會成為德國。"但這也是可逆的： 當一個德國會移動到荷蘭，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。當一個彩色單元格將崛起給一個土窖中的所有單元格，另一個鼠標的考察了晚得多。在當前的研究干細胞動力學(xué)考察隨時間的一種動物。單個干細胞的歷史后，隨即看到實際上那個得獎的干細胞就如何所有其他競爭。這被實現(xiàn)與活體成像。通過很長一段以下的后代的干細胞，van Rheenen 和他的同事可以排除的可能性它始終是一個單元格在邊境或接管土窖干細胞龕的中心。
活體成像技術(shù)是如何工作的？
通常情況下，一種動物被開放，以揭露顯微鏡感興趣的組織。然而，你得到一個開放的傷口，這種動物能生存此僅為幾個小時。Van Rheenen 和他的團隊發(fā)明了腹部成像窗口 （堿性離子水）。用相對簡單的外科手術(shù)，在皮膚和腹壁，插入一個小小的玻璃窗口。這小小的窗口不影響小鼠，并允許成像的腸多天和多個會話使用多光子顯微鏡，在這期間他們都睡著了。"好的事情是，在成像會話之間，老鼠醒著的時候，可以做正常小鼠所做的事情。只是在成像，過程中將鼠標不久放上顯微鏡舞臺的"說，薩斯基亞 Ellenbroek，萊拉 45 的成績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。腸道是流動性很強，大血管作為一個路線圖，找到大約相同的成像位置。由不同的顏色，彼此的相對位置的隱窩可以折回和成像在多個會話。由于這種技術(shù)允許隨時間在同一鼠標，而不是不同小鼠在不同的時間點，研究干細胞相同它大大減少了所需的這些類型的研究小鼠的數(shù)目。
活體成像顯示大圖片
通過使用活體成像和腹部成像窗口，它是真的可能隨著時間的推移遵循一個單個的單元格，并鏈接到某一位置在壁龕內(nèi)的行為的一個單元格。"而不是得到的靜態(tài)圖像，我們可以現(xiàn)在真的看到動態(tài)變化隨著時間的推移"，說薩斯基亞 Ellenbroek。"想象看著形象的一個非常擁擠的購物街。如果你看看一個快照，你可以看到很多人在一個位置。如果你把一部電影同樣的街頭，你可以突然看到一個男人從一家商店和有人追他運行。只有到那時，你意識到這個人偷了東西從一家商店。你永遠不會看到這一刻你拍攝一個快照。這就是大的區(qū)別活體成像使到我們的研究，"解釋了 van Rheenen。
癌癥研究的新機會
干細胞可以失去一個被動的事件 — — 而被踢出生態(tài)位由其他分裂的干細胞 — — 由于細胞的發(fā)現(xiàn)當前的性質(zhì)紙轉(zhuǎn)移有關(guān)干細胞行為的思維的方式。活體成像提供了大量的干細胞研究的可能性。
目前的研究重點在干細胞和表明微環(huán)境是重要的干細胞的行為。必然下, 一步將是操作環(huán)境和干細胞龕，調(diào)查這如何影響干細胞。他們將失去細胞嗎？會發(fā)生與組織什么？
要回答第二個大問題是： 在一個發(fā)展中國家的腫瘤會發(fā)生什么呢？也有一個類似干細胞層次結(jié)構(gòu)在哪里一個干細胞負責腫瘤的生長，因為他們劃分只有幾次，然后會被踢出去，其他人將消亡嗎？奇怪的，我們正在等待答案。