使用集成成像方法在其生态位中可视化干细胞

已经开发出一种使用多种成像技术在其微环境中跟踪和检查单个造血干细胞的策略。通过整合共聚焦显微镜、X射线显微镜和串行块面扫描电子显微镜，该方法使科学家能够检查该空间中发生的曾经难以捉摸的细胞间相互作用。

“使用我们的新技术，我们现在不仅可以看到干细胞，还可以看到所有接触的周围小生境细胞，”威斯康星大学麦迪逊分校的助理教授OwenTamplin博士解释说，他是该项目的共同领导者。与加州大学圣地亚哥分校神经科学教授MarkEllisman博士合作。他们在eLife上发表了一篇题为“通过相关光学和电子显微镜定义造血干细胞生态位的超微结构”的文章。

生态位是在骨髓等组织中发现的微环境，其中含有支持血液系统的造血干细胞。这是造血干细胞与其邻近细胞之间每秒发生专门相互作用的地方，但这些相互作用很难追踪，也不清楚。

“目前，我们在标记物数量有限且分辨率低的情况下观察组织中的干细胞，但我们遗漏了太多信息，”Tamplin说。“这种[新策略]使我们能够识别微环境中我们甚至不知道与干细胞相互作用的细胞类型，这开辟了新的研究方向。”

虽然造血干细胞很难在大多数活生物体中定位，但透明的斑马鱼幼虫为研究人员提供了一个独特的机会，可以更轻松地观察造血干细胞生态位的内部运作。在这种情况下，Tamplin、Ellisman和他们的团队研究了造血干细胞和祖细胞(HSPC)向斑马鱼幼虫中假定的成年肾骨髓(KM)生态位的早期迁移事件。

“这是斑马鱼的真正优点，能够对细胞进行成像，”坦普林谈到这种动物的透明品质时说。“在哺乳动物中，造血干细胞在子宫内的骨髓中发育，这使得基本上不可能实时看到这些事件的发生。但是，对于斑马鱼，你实际上可以看到干细胞通过循环到达，找到生态位，附着在它上面，然后进入并寄宿在那里。”

使用他们的成像策略，他们发现可以在活体组织深处追踪单个假定的HSPC，并在HSPC定植的最早阶段观察幼虫KM生态位。

“首先，我们通过光片或共聚焦显微镜鉴定了单个荧光标记的干细胞，”Tamplin解释说。“接下来，我们处理了相同的样品，用于连续块面扫描电子显微镜。然后我们对齐3D光学和电子显微镜数据集。通过交叉使用这些不同的成像技术，我们可以看到组织深处单个稀有细胞的超微结构。这也使我们能够找到与血液干细胞接触的所有周围小生境细胞。我们相信我们的方法将广泛适用于许多系统中的相关光学和电子显微镜。”

Tamplin希望这种方法可以用于许多其他类型的干细胞，例如肠道、肺和肿瘤微环境中的干细胞，这些稀有细胞需要在纳米分辨率下进行表征。

“这项研究将真正帮助我们了解干细胞的行为和功能，”坦普林说。“更好地了解干细胞行为以及周围生态位细胞的调节，可能会改进基于干细胞的疗法。”

“移植的造血干细胞被用作许多血液疾病和癌症的治疗方法，但造血干细胞非常罕见，很难在活生物体中定位，”他补充道。“这使得表征它们并了解它们如何与邻近细胞相互作用和连接变得非常具有挑战性。”

他们的工作结果表明，HSPC所在的生态位存在异质性。“我们发现了HSPC和周围小生境细胞的各种不同配置，这表明HSPC寄宿位点可能存在功能异质性，”他们写道。“我们的方法还使我们能够将多巴胺β-羟化酶(dbh)阳性神经节细胞鉴定为HSPC生态位中先前未表征的功能性细胞类型。”

未来的工作将提供更多信息来确定异质性的程度和功能意义。

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