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如何追蹤進入活組織的干細胞(一)

日期:2011-08-31 09:02:52

    干細胞能用于傳遞靶向腫瘤的藥物,修復(fù)受損大腦,甚至修復(fù)破損的心臟(僅文獻而言),但是首先,科學(xué)家們需要將這些細胞送抵所需的地方,并確保它們能存活下來,完成任務(wù)。

    要達到這個目的,我們需要能觀察到,干細胞到達活體能呼吸的動物中的情況,當(dāng)然科學(xué)家們也可以進行組織切片,通過組織學(xué)尋找細胞,但是這只能獲得最終狀態(tài)的圖像。

    目前研究人員已經(jīng)利用先進的成像技術(shù)追蹤進入動物組織的干細胞,甚至是進入患者體內(nèi)的干細胞的足跡,其中一些方法依賴于干細胞上的固定標(biāo)記,還有一些則是遺傳標(biāo)記,能檢測細胞是否保持活性,生成蛋白。每一種方法都有其優(yōu)點和缺點,這主要取決于研究課題,有時還可以結(jié)合幾種方法,以下是推薦的四種方法,您可以根據(jù)其優(yōu)缺點,選擇適合自己的方法。

光學(xué)成像:生物發(fā)光

    來自美國NIH生物醫(yī)學(xué)影像學(xué)與生物工程學(xué)研究所(National Institute for Biomedical Imaging and. Bioengineering , NIBIB),分子影像和納米研究中心的主任陳小元教授(Xiaoyuan (Shawn) Chen),主要課題之一就是發(fā)展個性化醫(yī)療,比如依賴于干細胞的個性化醫(yī)療方法。

    他們所用到的間質(zhì)干細胞能定位在腫瘤中,并進行分化,修復(fù)受損組織,這主要是因為受損傷的組織會向這種未特化的細胞(比如骨髓間充質(zhì)干細胞)發(fā)送信號,然后這些干細胞會遷移到損傷處并變成組織修復(fù)所需的細胞類型。腫瘤也同樣能夠號令這些干細胞協(xié)助構(gòu)建間質(zhì)或連接組織以支持腫瘤的生長。

    為了能觀察到干細胞進入乳腺癌小鼠后的情況,研究人員首先給小鼠注射了螢光素(luciferin),同時還在基因中加入的綠色熒光蛋白,上了個“雙保險”。這樣研究人員追蹤到了干細胞進入毛細血管中情況,這些細胞不僅生存了下來,而且還增殖,和分化。

    這種方法觀測的分辨率是3-5mm。優(yōu)點第一是這種生物發(fā)光的成像方法適合用于小型動物成像,不僅便宜,而且容易操作,還可以進行高通量實驗。第二是這種成像方法只有在活細胞中才會發(fā)光,最后生物發(fā)光成像方法具有高靈敏度,能檢測最多1000個細胞,而且背景很低。

    另一方面,這種方法的缺點就是只能穿透幾毫米的組織,因此不能用于大型動物和人類。其次這一成像的結(jié)果是平面的,非三維圖像,而且一些細胞也許會把這種轉(zhuǎn)基因關(guān)閉,產(chǎn)生假陰性結(jié)果。

    儀器方面,來自美國的知名藥物研發(fā)機構(gòu)Caliper Life Sciences公司有提供相關(guān)活體影像系統(tǒng)(In vivo Imaging System,IVIS),這家公司的IVIS小動物活體可見光成像系統(tǒng)是在整體動物水平上進行實驗的平臺,應(yīng)用范圍包括基因、蛋白質(zhì)、細菌、細胞及整體動物各個層次。

    目前通過活體生物螢光成像技術(shù)實時監(jiān)測腫瘤發(fā)生發(fā)展的病理過程、跟蹤干細胞、病毒、細菌和藥物在動物體內(nèi)的發(fā)展等在歐美醫(yī)學(xué)發(fā)達國家是一個非常重要、發(fā)展迅速的前沿研究領(lǐng)域。據(jù)介紹,許多研究單位和制藥企業(yè)采用了Caliper IVIS活體成像系統(tǒng),發(fā)表論文超過1000篇,其中在Nature和Science上發(fā)表文獻超過100余篇。

    Caliper的VIS活體成像系統(tǒng)有不同的版本可以選擇,價格也從10萬美元到40萬美元不等(注:此處為美國本地價格),這主要根據(jù)不同的需要選擇。

    試劑方面,Promega公司商業(yè)化的熒光素酶體系是比較著名的,具有簡單,快速,準(zhǔn)確和靈敏的特點,而且通過簡化分析過程,能更快的得到結(jié)果。比如近期推出的pmirGLO dual luciferase miRNA目標(biāo)表達載體,其雙重報告分析可以在一個系統(tǒng)中同時測定兩個報告基因,并且標(biāo)準(zhǔn)化實驗報告基因信號,區(qū)別于對比報告基因信號。pmirGLO載體在熒光素酶(luc2)的3UTR插入miRNA目標(biāo)位點。當(dāng)內(nèi)源地或引入的miRNAs結(jié)合到目標(biāo)序列上時會產(chǎn)生報告信號。這些都有利于螢光的檢測。

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