清華新聞網(wǎng)1月14日電 骨髓是維持成體造血干細(xì)胞（HSCs）和骨骼干細(xì)胞（SSCs）的重要場所，LepR+細(xì)胞（瘦素受體陽性間充質(zhì)細(xì)胞）是成體骨髓中最重要的微環(huán)境細(xì)胞。LepR+細(xì)胞不僅分泌維持造血干細(xì)胞的關(guān)鍵生長因子（如SCF），而且成體骨髓LepR+細(xì)胞富集了骨骼干細(xì)胞（SSCs），可以自我更新維持并分化為脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞。然而，由于骨組織的高度礦化特性，采用傳統(tǒng)成像技術(shù)難以清晰地觀察這些細(xì)胞的三維空間分布，從而限制了對骨髓微環(huán)境中細(xì)胞相互作用的研究。
1月13日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院沈博實(shí)驗(yàn)室與中國藥科大學(xué)方慎彤實(shí)驗(yàn)室及北京腦科學(xué)與類腦研究中心趙瑚實(shí)驗(yàn)室合作，在《骨骼研究》（Bone Research）雜志發(fā)表了題為“LepR+基質(zhì)細(xì)胞在光學(xué)清除的小鼠骨半切面的深度成像”（Deep imaging of LepR+ stromal cells in optically cleared murine bone hemisections）的研究論文，開發(fā)了一種高效便捷的組織透明化和三維成像技術(shù)，尤其適用于骨髓微環(huán)境的深層成像。
研究團(tuán)隊(duì)針對骨組織和骨髓的特殊性質(zhì)，改進(jìn)了固定、脫鈣、脫脂和透明化步驟，將樣本準(zhǔn)備時(shí)間縮短至約11至12天，從而有效地簡化了傳統(tǒng)的組織透明化流程并提高了成像質(zhì)量（圖1）。該技術(shù)已被有效應(yīng)用于小鼠的多種骨骼組織（如股骨、肱骨、顱骨和脛骨），同時(shí)支持多色熒光標(biāo)記的標(biāo)記與觀測，并可擴(kuò)展至其他軟組織（如脾臟和肺）的三維成像，助力揭示各個(gè)器官中稀有細(xì)胞（如成體干細(xì)胞）的空間分布及相互作用。
圖1.骨組織透明化和三維成像技術(shù)流程圖
骨髓中的LepR+細(xì)胞通過分泌造血干細(xì)胞生長因子和成骨生長因子，維持造血系統(tǒng)和骨骼的穩(wěn)態(tài)。在過往研究中由于缺乏內(nèi)源性識別LepR的單克隆抗體，限制了對LepR+細(xì)胞的原位研究。研究組與Abcam合作，開發(fā)了一種新型單克隆抗體（ab318272），該抗體在流式細(xì)胞術(shù)和免疫熒光染色中均表現(xiàn)優(yōu)異，并可應(yīng)用于人類樣本中骨髓LepR+細(xì)胞的標(biāo)記。
為進(jìn)一步探究LepR+細(xì)胞的空間分布及其與其他細(xì)胞群體在骨髓微環(huán)境中的相互作用，研究人員構(gòu)建了LeprmTagBFP2報(bào)告小鼠，實(shí)現(xiàn)了LepR+細(xì)胞的精準(zhǔn)可視化。通過骨組織透明化和深層成像技術(shù)觀察到LepR+細(xì)胞集中在骨髓內(nèi)的血管周圍（主要位于血竇龕，部分位于小動(dòng)脈龕），而在骨內(nèi)膜區(qū)域沒有觀測到LepR+細(xì)胞（圖2）。
圖2.LeprmTagBFP2/+成體小鼠半骨組織的三維空間圖像（a）及不同深度的二維投影圖像（b）
綜上所述，這種新型透明化三維成像技術(shù)可以在骨骼及其他軟組織中實(shí)現(xiàn)超過500微米的成像深度，并且保持信號強(qiáng)度穩(wěn)定。此外，研究提出的新型LepR單克隆抗體及LeprmTagBFP2報(bào)告小鼠，將為未來研究骨髓及其他組織中的LepR+細(xì)胞提供強(qiáng)有力的工具。
沈博實(shí)驗(yàn)室（北京生命科學(xué)研究所）與北京師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的2023級博士生倪悅涵、2022級PTN項(xiàng)目清華大學(xué)博士生吳佳苗和中國藥科大學(xué)的2022級博士生劉豐其為論文共同第一作者；趙瑚研究員、方慎彤教授和沈博研究員為論文的共同通訊作者。論文的其他作者還包括沈博實(shí)驗(yàn)室的孟祥嬌、高祥、肖陸怡、周巍巍、褚澎、沈格、楊敏等。研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和北京生命科學(xué)研究所的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41413-024-00387-9
供稿：生物醫(yī)學(xué)交叉研究院
編輯：李華山
審核：郭玲
