小鼠头骨血管和细胞的 3D 地图可以帮助科学家制造新骨骼

约翰霍普金斯大学的科学家们使用发光的化学物质和其他技术来创建血管和自我更新“干”细胞的 3D 地图，这些细胞排列并穿透小鼠头骨。该地图提供了血管和干细胞的精确位置，科学家们最终可以用它们来修复伤口并在头骨中生成新的骨骼和组织。

“我们需要了解颅骨内部发生了什么，包括血管和细胞的相对位置以及它们的组织在受伤期间和随着时间的推移如何变化，”沃伦格雷森博士说。约翰霍普金斯大学医学院生物医学工程教授兼颅面和骨科组织工程实验室主任。他的实验室专注于开发生物材料并将干细胞移植到颅骨中以重建缺失的骨组织。

其他科学家提供了小鼠头骨中一小部分血管和干细胞的地图。“然而，更大的头骨图片让我们更好地了解整个脉管系统和不同干细胞类型的分布，”约翰霍普金斯大学和医学院的研究生、该论文的第一作者亚历山德拉林多内说。

这张新地图于 10 月 28 日在Nature Communications 上发表，是老鼠头骨顶部的 3D 视图——它的颅骨或颅骨——由四个相连的头骨组成。

为了创建包含数十万个细胞的地图，约翰霍普金斯大学的研究人员使用了四种关键技术来精确定位血管和细胞。

首先，他们使用免疫荧光技术用荧光或发光的化学物质标记各种血管和干细胞表面的分子。

然后，科学家们使用一种化合物来帮助光穿透颅骨而不会散射——这种方法称为光学组织清除。“它使头骨看起来像玻璃，”林多内说。

为了拍摄 3D 图像，科学家们使用了光片显微镜，这是一种以高分辨率和快速速度拍摄大片组织图像的设备，但可以最大限度地减少光漂白。“当组织长时间暴露在光源下时，该工具可帮助我们避免荧光染料变质，”Rindone 说。

最后，他们使用计算机软件来识别和分割头骨的 3D 细胞结构，并重新创建结构的空间坐标和体积。“这向我们展示了干细胞和骨细胞的普遍性以及它们在颅骨中的方向，”Rindone 说。

该地图揭示了干细胞所在的颅骨中先前未知的壁龛，特别是在称为经皮层管的结构附近，这些结构是穿透颅骨并将颅骨的外衬连接到含有骨髓的中心腔的小通道。

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