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中国科技网讯 从一个受精卵发育成多种功能的胚胎,细胞要经过上千次分裂和复杂的排列重组。据物理学家组织网6月3日报道,霍华德·休斯医学研究院珍妮莉娅法姆研究学院开发出一种最新的成像技术,能以前所未有的速度和精确度看到这一过程,让人们能追踪胚胎成形时每个细胞在几天甚至几小时内的变化。相关论文发表在6月3日出版的《自然·方法学》上。 研究人员演示了一段约20小时的果蝇胚胎发育视频。在视频中,生物结构逐渐出现,从一小团简单的细胞簇慢慢变长,变成上万个细胞紧紧挤在一起的拉长的小胚胎,然后在新形成的肌肉收缩舒张下开始颤动,此时胚胎仅有半毫米长。此外,论文中还有一段果蝇胚胎中枢神经系统完整的发育视频,跟踪了单个细胞发育出感觉器官、脑叶及其他结构的过程,由于分辨率足够高,还能看到神经轴突尖端迅速变化。 发明该技术的珍妮莉娅法姆研究学院的菲利普·凯勒说,要理解一个单细胞怎样变成了复杂的组织,真实看到这一过程非常重要。传统光学显微镜速度太慢,无法跟踪细胞在生命初期的迅速变化,也容易破坏一个活胚胎,只能通过把多阶段、多组织的照片拼在一起,才能推测发生的变化,但“细胞分裂重组每次都不一样,这种观察方法可能会产生误导”。 新技术基于一种高速非侵入式光学显微镜,称为SiMView光层显微镜,能从4个角度同时拍摄图像,不仅能跟踪细胞运动,还能对发展过程进行数量分析。该显微镜由凯勒小组和德国的欧洲分子生物实验室合作开发,攻克了传统光学显微镜的两个难题:一是光源对样本造成的伤害,二是对海量数据进行处理分析。 大部分光源都会伤害细胞,使其中的荧光标记消失。研究小组设计的照明技术是一种激光扫描层,一次照射样本极薄的一层以减少伤害,由探测仪记录下被照亮的部分。光层来自两个相反方向,并用两个探测仪来探测荧光,照明与探测相结合,提供了4个不同的观察角度。不仅能避免由于光散射而造成的模糊,还将图像采集速度提高了50倍。 要让照亮样本和探测荧光在时间、位置上协调一致,时机吻合极为重要,光层交叉通过会造成图像模糊,发光间隔仅几毫秒。为了保持精度,SiMView还安装了实时调节的电子系统。 显微镜每秒会收集350Mb的数据,一个样本一天要产生海量数据,而不同条件或不同基因的发育对比实验,所要求的数据比这还要多好多倍。为此,研究人员开发出一种新的计算方法,能识别并跟踪显微镜视频中单个细胞并自动分析。这些都构成了拍摄活样本这一完整技术框架的必要组成部分。 凯勒表示,他们还将继续改进显微镜使计算过程更加有效。今后不仅能追踪胚胎中细胞的一代代世系,还可能控制发育以探索发育机制,并研究其他更大更复杂样本的发育过程。(常丽君) 《科技日报》(2012-06-05 二版)
最新发现与创新 中国科技网讯 一种治疗骨质疏松的药物特里帕肽(重组人甲状旁腺激素1-34,PTH1-34片段),经皮下注射可缓解侏儒类型的骨骼生长发育障碍。第三军医大学大坪医院野战外科研究所创伤实验室暨骨代谢与修复中心主任陈林教授带领课题组经过4年基础研究,发现了重组人甲状旁腺激素的又一功效,为临床治疗软骨发育不全、致死性软骨发育不全等提供了重要理论依据。日前,相关研究论文发表在国际权威杂志《人类分子遗传》上。 软骨发育不全、尤其是致死性软骨发育不全除手术外,目前尚无有效的治疗方法。虽然生长激素也被用来治疗软骨发育不全,但需要在青春期以前给予生长激素,且长期效果不佳,副作用明显。 陈林课题组在国家973计划项目、国家自然科学基金等多项课题的资助下,利用基因敲入技术建立的模拟上述疾病的小鼠模型,深入研究了软骨发育不全、致死性软骨发育不全的发生机制。实验中发现软骨发育不全模型小鼠生长板软骨细胞增生活性和分化能力降低,伴甲状旁腺激素信号活性降低,而甲状旁腺激素处理可升高甲状旁腺激素信号及降低培养软骨细胞中成纤维生长因子受体3的表达水平与活性。 实验表明,软骨发育不全小鼠注射甲状旁腺激素1-34可降低成纤维生长因子受体3突变对软骨细胞增殖与分化的抑制作用,缓解软骨发育不全的骨骼生长发育障碍,并改善该小鼠成年后的骨量;致死性软骨发育不全小鼠注射甲状旁腺激素1-34后,可使其免于出生后早期死亡。 据陈林介绍,特里帕肽是被美国食品药品监督局批准的治疗骨质疏松药物,已上市10余年。因此,该发现为软骨发育不全和致死性软骨发育不全的生物治疗提供了新的药物选择。(邹争春 记者 陈磊) 《科技日报》(2012-8-10 一版)
近日,来自加利福尼亚大学的研究者发现了在人类骨髓干细胞和所有的免疫细胞之间存在一类“环节缺失”(missing link)的细胞。这或许为我们深入理解免疫系统以及免疫系统疾病发生的分子机制提供帮助。相关研究刊登在了9月2日的国际杂志Nature Immunology上。这项研究是在人类骨髓中进行的,因为其包含了产生人类自出生后所需血液的所有的干细胞。理解成人正常血液的形成是揭开白血病发病机制关键的一步。之前的研究中,研究者重点研究了骨髓中的血液干细胞,这种干细胞生存时间比较久,可以再生,而且可以产生所有的血液细胞。在这过程中,干细胞可以分裂产生其发育的中间状态体,称为前体干细胞,前体干细胞可以产生血液的不同谱系,比如产生红细胞或者血小板等。和干细胞一样,祖细胞也非常稀少,因此研究就好比海里捞针一样,研究者Lisa这样说,此前的研究工作中,他们发现了一种具有部分分化能力、相当成熟的淋巴祖细胞。在这项最新的研究中,研究者描述了一种更为原始的可以分化为整个免疫系统所需细胞的祖细胞。