如何使骨骼生長(zhǎng)透明

隨著我們的身體在整個(gè)童年和青春期成長(zhǎng)，我們最終的身高和骨骼的形狀在很大程度上取決于生長(zhǎng)板——長(zhǎng)骨兩端的新生長(zhǎng)區(qū)域，例如手臂、腿、手和腳的區(qū)域。這些區(qū)域擴(kuò)大，由它們構(gòu)成的軟骨逐漸硬化成實(shí)體組織，從而增加骨骼的長(zhǎng)度和寬度。魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員開發(fā)了一種方法，可以首次從三個(gè)維度檢查生長(zhǎng)板的細(xì)胞構(gòu)成。該方法使人們對(duì)健康骨骼的生長(zhǎng)以及這種生長(zhǎng)在侏儒癥中可能被破壞的方式有了新的認(rèn)識(shí)。

近一個(gè)世紀(jì)前，研究骨骼生長(zhǎng)的科學(xué)家就已經(jīng)談到需要關(guān)注長(zhǎng)骨兩端軟骨細(xì)胞的變化。這些細(xì)胞創(chuàng)造了一種模板，后來被礦化的骨組織取代，這些細(xì)胞中的偏離可能預(yù)示著未來的麻煩。“如果軟骨異常，最終會(huì)出現(xiàn)異常骨骼——它可能太短、太長(zhǎng)或變形，”研究小組負(fù)責(zé)人、分子遺傳學(xué)系的 Elazar Zelzer 教授解釋說。

然而，還沒有有效的方法來跟蹤軟骨細(xì)胞在生長(zhǎng)板內(nèi)經(jīng)歷的過程。檢查這些細(xì)胞的方法提供了二維圖像，讓研究人員只能部分了解細(xì)胞的體積和空間排列。此外，高分辨率方法產(chǎn)生了詳細(xì)的圖像，但只是生長(zhǎng)板的一小部分，因此缺少完整的圖片。

Zelzer 實(shí)驗(yàn)室的博士生 Sarah Rubin 領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)新研究，在該研究中，她和其他科學(xué)家創(chuàng)建了一種多步驟方法 3D MAP，用于在三維空間中探索數(shù)十萬個(gè)軟骨細(xì)胞。首先，科學(xué)家們用化學(xué)物質(zhì)處理生長(zhǎng)板組織，使其透明，這樣他們就可以使用一種稱為光片顯微鏡的技術(shù)獲得圖像。然后，他們將圖像切成段，并應(yīng)用一系列算法來表征每個(gè)橫截面中的細(xì)胞。最后，他們將細(xì)胞映射回完整圖像，獲得整個(gè)生長(zhǎng)板的高分辨率 3D 地圖，顯示所有軟骨細(xì)胞的形狀和大小，以及它們的空間方向和組織。

該方法以前所未有的細(xì)節(jié)顯示了生長(zhǎng)板內(nèi)細(xì)胞發(fā)生的情況，并且已經(jīng)推翻了先前關(guān)于骨骼生長(zhǎng)的假設(shè)。眾所周知，骨骼兩端的軟骨細(xì)胞不斷變化，因此“最古老”的軟骨細(xì)胞——即最接近骨骼中部的軟骨細(xì)胞——處于轉(zhuǎn)化的最后階段。在之前的研究中，這些“最古老”的細(xì)胞看起來比前一階段的細(xì)胞大近十倍。但是當(dāng)科學(xué)家使用 3D MAP 觀察生長(zhǎng)板時(shí)老鼠，他們發(fā)現(xiàn)這種假設(shè)的大小跳躍實(shí)際上是二維成像失真造成的錯(cuò)覺。相反，細(xì)胞大小的增加是相對(duì)漸進(jìn)的，其中大部分發(fā)生在細(xì)胞轉(zhuǎn)化的下一個(gè)階段。

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