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PEGASOS透明化技術(shù)在口腔以及骨組織研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):117 發(fā)布日期:2025-4-17  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
組織透明化技術(shù)(polyethylene glycol associated solvent system, PEGASOS)是北京腦科學(xué)與類腦研究所趙瑚教授開發(fā)的透明化技術(shù)。該技術(shù)是一種油性透明化技術(shù),在保證高透明化的基礎(chǔ)上,其透明化過(guò)程中對(duì)熒光的保護(hù)能力極強(qiáng)。PEGASOS技術(shù)操作簡(jiǎn)單,無(wú)需復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)條件,即可快速輕松的使樣本透明,推出后客戶好評(píng)如潮。

PEGASOS組織透明化技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,詳見我們之前的報(bào)道(技術(shù)專題|PEGASOS組織透明化技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用)。透明化技術(shù)在口腔與骨組織研究中的潛力與重要性也不可忽視,尤其是在理解組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞動(dòng)態(tài)以及疾病機(jī)制等方面。

口腔和骨組織是高度復(fù)雜的系統(tǒng),包含多種細(xì)胞類型和組織成分。傳統(tǒng)上由于口腔和骨組織的不透明性,要想獲得其內(nèi)部組織的顯微成像是非常困難的,的雖然組織切片技術(shù)雖然能夠提供一定的組織結(jié)構(gòu)信息,但這種情況下必須把組織切成非常多的薄片分別進(jìn)行成像,在切片過(guò)程中不可避免造成組織破損導(dǎo)致部分信息的缺失,并且3D重構(gòu)的工作量巨大,效果往往也差強(qiáng)人意。其二維的表現(xiàn)方式往往難以呈現(xiàn)這些組織的立體結(jié)構(gòu)與空間分布。因此,組織透明化技術(shù)在口腔與骨組織研究中的重要性不可忽視,透明化技術(shù)該技術(shù)通過(guò)去除組織中的脂肪和其他雜質(zhì),使得整個(gè)樣本變得透明,從而為研究者提供了更直觀的三維視角,有助于深入了解組織內(nèi)的微細(xì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)變化。在眾多透明化方法中,PEGASOS以其獨(dú)有的骨透明特性以及超高的透明度及熒光保護(hù)性,當(dāng)仁不讓地成為口腔和骨組織研究與成像中的絕佳選擇。

在口腔與骨組織的研究中,PEGASOS透明化技術(shù)的好處尤為明顯有以下幾方面應(yīng)用:
首先,透明化技術(shù)能夠展示整個(gè)組織的三維結(jié)構(gòu),避免了傳統(tǒng)切片可能帶來(lái)的組織丟失和形態(tài)變形。研究者可以在不破壞組織完整性的情況下,觀察到細(xì)胞和組織在空間中的分布情況。例如,在骨組織的研究中,透明化技術(shù)可以幫助研究者觀察到骨小梁的微觀結(jié)構(gòu)及其與周圍血管、神經(jīng)的關(guān)系。在口腔研究中,透明化技術(shù)能夠清晰地展示牙齒的發(fā)育、牙周組織的變化以及牙髓內(nèi)的細(xì)胞行為。

其次,透明化后的組織可以與現(xiàn)代高分辨率成像技術(shù)相結(jié)合,如多光子顯微成像、共聚焦顯微成像等,從而提供更為詳細(xì)和精準(zhǔn)的三維影像數(shù)據(jù)。這種技術(shù)在骨骼重建、骨密度分析以及骨代謝研究中有著重要的應(yīng)用,能夠幫助研究者深入理解骨生成與重建過(guò)程、骨折愈合機(jī)制及骨相關(guān)疾病(如骨質(zhì)疏松癥)的發(fā)生發(fā)展。此外,透明化技術(shù)還可以用于追蹤細(xì)胞的動(dòng)態(tài)遷移與相互作用,幫助研究口腔和骨組織中免疫細(xì)胞、干細(xì)胞及其他細(xì)胞群體的行為

另外,透明化技術(shù)也為疾病研究提供了新的視角。在口腔和骨相關(guān)疾病,如牙周炎、骨髓炎及骨腫瘤的研究中,透明化技術(shù)能夠清晰地揭示病變區(qū)域、細(xì)胞入侵的路徑以及免疫反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,為疾病的早期診斷和治療策略提供寶貴的信息。

總之,透明化技術(shù)在口腔與骨組織研究中的應(yīng)用,極大地提升了研究的深度與精度,為研究者提供了更直觀的三維圖像和更豐富的生物學(xué)信息。這不僅幫助我們更好地理解組織發(fā)育、疾病機(jī)制與治療策略,也推動(dòng)了口腔與骨科醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展。以下是幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例,展示PEGASOS透明化技術(shù)如何應(yīng)用于口腔于骨組織的研究。

1、腰椎骨組織成像
作為全世界殘疾的主要原因之一,腰痛通常是由于生物力學(xué)及分解代謝干擾破壞了脊柱關(guān)鍵結(jié)構(gòu)導(dǎo)致,如椎間盤和脊椎小關(guān)節(jié)等。迄今為止,準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)地檢測(cè)這些結(jié)構(gòu)內(nèi)的微小破壞仍然是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。對(duì)此研究人員對(duì)膠原的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致分析,發(fā)現(xiàn)了一種基于膠原雜交肽(CHP)在體成像的方法,可在分子水平上定位細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)的損傷。相關(guān)研究工作可見ACS NANO期刊的文章“Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine”。

 
 
研究人員為了更加清晰地看到腰椎組織結(jié)構(gòu),研究人員利用PEGASOS透明化技術(shù)結(jié)合CHP熒光標(biāo)記,對(duì)腰椎進(jìn)行光片熒光顯微鏡成像,得到了腰部脊椎膠原損傷的3D圖像,顯示在正常情況下膠原損傷通常出現(xiàn)于腰椎中承重的解剖結(jié)構(gòu),包括椎間盤纖維環(huán),脊椎小關(guān)節(jié)。
 
 
圖1 . 利用PEGASOS透明化方法對(duì)小鼠脊椎骨骼進(jìn)行透明化處理,透明化后的脊椎采用光片顯微鏡進(jìn)行拍攝,3D圖像上的明亮部分為CHP的聚集區(qū)域。
 
 
圖2. PEGASOS透明化處理脊椎,顯示在24月齡(老年)小鼠脊椎上CHP主要結(jié)合于椎間盤及脊椎小關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)
 
而在年老的動(dòng)物上,可以觀察到CHP在椎間盤及脊椎小關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)中累積,CHP是一個(gè)可定量的檢測(cè)指標(biāo),能夠表征腰椎各結(jié)構(gòu)的損傷退化程度。未來(lái),CHP有望被應(yīng)用于各類脊椎病變的診斷和監(jiān)測(cè)。

2、骨骼病理學(xué)研究
在我們的日常生活中,骨骼健康常常被忽視,但它卻是支撐我們身體的重要基礎(chǔ)。日前,一項(xiàng)名為“Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis”的研究引起了廣泛關(guān)注,揭示了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子SHP2在骨骼健康中的關(guān)鍵角色。

 
 

SHP2(由PTPN11基因編碼)是一種廣泛表達(dá)的蛋白酪氨酸磷酸酶,其突變與多種骨骼和軟骨疾病的發(fā)生密切相關(guān),尤其是在Nonan綜合癥和軟骨發(fā)育不良等患者中。這項(xiàng)研究的核心在于,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在小鼠中靶向刪除Ptpn11基因,發(fā)現(xiàn)SHP2的缺失會(huì)導(dǎo)致顯著的骨質(zhì)疏松和骨生長(zhǎng)異常,具體表現(xiàn)為骨細(xì)胞成熟的失敗和骨吸收活性的增強(qiáng)。

研究表明,SHP2在成骨細(xì)胞的分化過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它通過(guò)促進(jìn)RUNX2和OSTERIX信號(hào)通路的活性,幫助成骨細(xì)胞正常發(fā)育。同時(shí),SHP2還抑制了成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中RANKL的產(chǎn)生,從而抑制了骨吸收的過(guò)程。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了SHP2在成骨細(xì)胞功能中的重要性,還為我們理解骨骼健康提供了新的視角。

 
 
圖3. 透明化處理后獲得SHP2敲除小鼠和對(duì)照小鼠骨骼內(nèi)細(xì)胞的3D圖像
 
上圖顯示的是經(jīng)Cyanine5染色的 SHP2CTRBglap 和 SHP2KOBglap 小鼠肱骨皮層中骨細(xì)胞和腔隙小管系統(tǒng)(LCS,紅色)的形態(tài)和分布。SHP2CTRBglap 小鼠的 LCS 在 2D 切片 和 3D 投影中均具有均勻的空間分布和高度的互連性。相比之下,SHP2KOBglap 小鼠中的 LCS 分布不均勻,連接性被破壞。

此外,這項(xiàng)研究的結(jié)果可能為未來(lái)開發(fā)針對(duì)骨骼疾病的治療策略提供新的思路。通過(guò)深入了解SHP2的作用機(jī)制,我們或許能夠找到新的方法來(lái)改善骨骼健康,預(yù)防和治療與骨骼相關(guān)的疾病。希望這些研究成果能夠引起更多關(guān)注,幫助我們更好地維護(hù)骨骼健康,提升生活質(zhì)量。

3、探索牙周干細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制
牙齒是人類和許多動(dòng)物體內(nèi)的重要結(jié)構(gòu),主要用于咀嚼和磨碎食物。它們通過(guò)牙周韌帶(PDL)與牙槽骨相連,形成一個(gè)功能性單元,稱為牙周組織。牙周組織不僅支持牙齒的穩(wěn)定性,還在牙齒的生長(zhǎng)、發(fā)育和修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

在牙周組織中,存在一種被稱為牙周干細(xì)胞(PDLSCs)的特殊細(xì)胞群體。這些干細(xì)胞具有多潛能分化能力,能夠生成牙周韌帶、牙骨質(zhì)和牙槽骨等多種組織。牙周干細(xì)胞不僅在牙齒的發(fā)育和維護(hù)中起著重要作用,還在牙周組織的修復(fù)和再生過(guò)程中展現(xiàn)出巨大的潛力。因此,深入研究牙周干細(xì)胞的特性和功能,對(duì)于理解牙齒健康、促進(jìn)牙周組織的再生以及開發(fā)新的治療策略具有重要意義。

下面介紹的這篇研究工作,聚焦于Gli1+牙周干細(xì)胞在牙周組織維護(hù)與修復(fù)中作用機(jī)制,研究發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞不僅是牙周組織的“守護(hù)者”,還受到骨細(xì)胞和咬合力的調(diào)控,展現(xiàn)了機(jī)械壓力與細(xì)胞活動(dòng)之間的微妙關(guān)系。文章內(nèi)容詳見“Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force”。

 
 

研究揭示,Gli1+細(xì)胞作為牙周干細(xì)胞(PDLSCs),在牙周組織的維護(hù)與修復(fù)中發(fā)揮著重要作用。這些細(xì)胞主要位于成年小鼠磨牙的牙周韌帶中,能夠分化為牙周韌帶、牙槽骨和牙骨質(zhì),支持牙周組織的更新和損傷修復(fù)。研究表明,骨細(xì)胞通過(guò)分泌抑制因子骨鈣素,負(fù)向調(diào)節(jié)Gli1+細(xì)胞的活性,而咬合力則通過(guò)調(diào)節(jié)骨鈣素的水平間接影響這些干細(xì)胞的活性。當(dāng)咬合力消失時(shí),骨鈣素的表達(dá)上升,抑制了干細(xì)胞的活性。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了機(jī)械壓力與細(xì)胞活動(dòng)之間的復(fù)雜關(guān)系,為牙周組織的生物學(xué)研究和未來(lái)的治療策略提供了新的視角。
 
 
圖4. D圖顯示的是利用PEGASOS組織透明化之后,牙周韌帶部位血管與牙齒透明化成像(D圖),以及Synapsin1標(biāo)記的神經(jīng)成像(E圖)

總結(jié)
PEGASOS作為一種獨(dú)特的透明化技術(shù),其優(yōu)勢(shì)在于軟硬組織都能透明,透明度高,熒光保護(hù)性好,操作簡(jiǎn)便,到目前為止,利用PEGASOS已發(fā)表了150+篇文獻(xiàn)。
禮智生物科技代理的PEGASOS組織透明化試劑盒,使用簡(jiǎn)單,擁有大批客戶。對(duì)透明化技術(shù)感興趣的老師同學(xué),歡迎聯(lián)系我們(聯(lián)系方式見文末)。

 
 

參考文獻(xiàn):
[1] Liu L, Huang K, Li W, et al. Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine. ACS Nano. 2021 Dec 28;15(12):19138-19149. doi: 10.1021/acsnano.1c07112. 
[2] Wang L, Yang H, Huang J, et al. Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis. Bone Res. 2021 Jan 27;9(1):6. doi: 10.1038/s41413-020-00129-7.
[3] Men Y, Wang Y, Yi Y, et al. Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force. Dev Cell. 2020 Sep 14;54(5):639-654.e6. doi: 10.1016/j.devcel.2020.06.006.

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