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Les os transparents permettent à des chercheurs d'observer des cellules souche à l'intérieur

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Il y a Dix ans, les os actuellement dans votre corps n'ont pas existé réellement. Comme la peau, l'os se remplace constamment, jette le vieux tissu et l'élève à nouveau des cellules souche dans la moelle.

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Maintenant, une nouvelle technique développée chez Caltech peut rendre les os intacts transparents, permettant à des chercheurs d'observer ces cellules souche dans leur environnement. La méthode est une percée pour examiner de nouvelles drogues pour combattre les maladies comme l'ostéoporose.

La recherche a été faite dans le laboratoire assistant de Viviana Gradinaru (BS du “05) et de la biologie et l'ingénierie biologique et d'un investigateur d'institut de recherche médical d'héritage. Elle apparaît dans un papier dans la question du 26 avril de la médecine de translation de la Science.

Dans l'os sain, un équilibre sensible existe entre les cellules qui établissent la masse d'os et les cellules qui décomposent le vieil os dans un cycle de retouche continuel. Ce processus est partiellement commandé par des cellules souche dans la moelle, appelée les osteoprogenitors, qui se développent en osteoblasts ou osteocytes, qui règlent et maintiennent le squelette. Pour comprendre mieux les maladies comme l'ostéoporose, qui se produit quand la perte de la masse d'os mène à un à haut risque des fractures, il est crucial d'étudier le comportement des cellules souche dans la moelle. Cependant, cette population est rare et non distribuée uniformément dans tout l'os.

« En raison de l'espacement de la population de cellule souche dans l'os, il est provocant pour extrapoler leurs nombres et des positions juste de quelques tranches d'os, » dit Alon Greenbaum, le chercheur post-doctoral dans la biologie et l'ingénierie biologique et le Co-premier auteur sur le papier. « En plus, le découpage en tranches en os cause la détérioration et perd l'environnement complexe et tridimensionnel de la cellule souche à l'intérieur de l'os. Donc il y a un besoin de voir à l'intérieur du tissu intact. »

Pour faire ceci, l'équipe a construit sur une technique appelée CLARITY, à l'origine développée pour le tissu cérébral de dégagement pendant le travail universitaire supérieur de Gradinaru chez Stanford University. La CLARTÉ rend les tissus mous, tels que le cerveau, transparent en enlevant les molécules opaques a appelé des lipides des cellules tout en également fournissant l'appui structurel par une infusion d'une maille claire d'hydrogel. Le groupe de Gradinaru chez Caltech plus tard a augmenté la méthode pour rendre tout les tissu mou dans le corps d'une souris transparent. L'équipe après s'est mise à développer une manière de dégager les tissus durs, comme l'os qui compose notre squelette.

Dans le travail décrit dans le nouveau papier, l'équipe a commencé par des os pris des souris transgéniques post mortem. Ces souris ont été génétiquement machinées pour faire produire par fluorescence à leurs cellules souche rouge de sorte qu'elles aient pu être facilement reflètentes. L'équipe a examiné le fémur et le tibia, aussi bien que les os de la colonne vertébrale ; chacun des échantillons était au sujet de quelques centimètres long. D'abord, les chercheurs ont enlevé le calcium des os : le calcium contribue à l'opacité, et le tissu d'os a un montant de calcium beaucoup plus élevé que doucement des tissus. Après, parce que les lipides fournissent également à des tissus la structure, l'équipe a infusé l'os avec un hydrogel qui a fermé à clef les composants cellulaires comme des protéines et des acides nucléiques en place et a préservé l'architecture des échantillons. En conclusion, un détergent doux a été coulé dans tout l'os pour enlever les lipides, laissant l'os transparent à l'oeil. Pour la représentation les os dégagés, l'équipe ont construit un microscope fait sur commande de feuille de lumière pour la visualisation rapide et à haute résolution qui n'endommagerait pas le signal fluorescent. Les os dégagés ont indiqué une constellation de cellules souche brillantes par fluorescence rouges à l'intérieur.

Le groupe a collaboré avec des chercheurs à la société de biotechnologie Amgen pour employer la méthode, a appelé Bone CLARITY, pour examiner une nouvelle drogue développée pour traiter l'ostéoporose, qui affecte des millions d'Américains par an.

« Nos collaborateurs chez Amgen ont envoyé nous qu'un nouveau thérapeutique que les augmentations désossent de masse, » indique Ken Chan, l'étudiant de troisième cycle et le Co-premier auteur du papier. « Cependant, l'effet des ces thérapeutique sur la population de cellule souche était peu clair. Nous raison pour laquelle ils pourraient augmenter la prolifération des cellules souche. » Pour examiner ceci, les chercheurs ont donné à un groupe de souris le traitement et, utilisant la CLARTÉ d'os, ont comparé leurs colonnes vertébrales aux os d'un groupe témoin d'animaux qui n'ont pas obtenu la drogue. « Nous l'avons vu qu'en effet il y avait une augmentation en cellules souche avec cette drogue, » dit. La « surveillance des réponses de cellule souche à ces genres de drogues est cruciale parce que des augmentations tôt de la prolifération sont prévues tandis que le nouvel os est construit, mais la prolifération à long terme peut mener au cancer. »

La technique a des demandes de promesse de comprendre comment les os agissent l'un sur l'autre avec le reste du corps.

Les « biologistes commencent à découvrir que les os ne sont pas simplement les appuis structurels, » dit Gradinaru, qui sert également de directeur du centre pour la neurologie moléculaire et cellulaire chez le Tianqiao et la Chrissy Chen Institute pour la neurologie chez Caltech. « Par exemple, les hormones de l'os envoyer les signaux de cerveau pour régler l'appétit, et étudier l'interface entre le crâne et le cerveau est une partie essentielle de neurologie. Il est notre espoir que la CLARTÉ d'os aidera à casser la nouvelle base en comprenant le fonctionnement intérieur de ces organes importants. »