小鼠小肠组织

div class=" wrap-left pull-left" p style=" text-indent: 2em " 这项研究在药物发现、诊断和再生医学方面都具有巨大潜力。 /p div class=" main_info" p style=" text-indent: 2em " 随着生命科学的发展，人类已经攻克各种疾病，也不仅仅满足于在动物模型上试验。复制和重建人类器官成为科学家们迫切希望实现的事情。于是，类器官诞生了。所谓类器官就是有组织结构的3D器官模型，它来自于人胚胎干细胞或诱导多潜能性干细胞，是一种高度未分化细胞，具有发育的全能性，能分化出成体人类的所有组织和器官。 /p p style=" text-indent: 2em " 上皮类器官，如来源于肠道干细胞的类器官，在组织和疾病生物学建模方面有很大潜力。然而，目前用于在三维矩阵中获得这些类器官的方法仍有各种局限性。 /p p style=" text-indent: 2em " 近日， strong 瑞士洛桑理工学院Matthias P. Lutolf /strong 小组在《 em strong Nature /strong /em 》杂志上在线发表了题为“ span style=" color:#999999 " em Homeostaticmini-intestines through scaffold-guided organoid morphogenesis /em /span ”的文章， strong 通过支架引导产生类器官形态发生，实现迷你小肠的构建。 /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " strong span style=" font-size:12px color:#999999 " img src=" http://pic.biodiscover.com/files/6/2f/202009300939006286.png" alt=" " / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " DOI: 10.1038/s41586-020-2724-8 /span /p p style=" text-indent: 2em " 为了使肠类器官塑造出其特有的隐窝和绒毛结构的形态，研究人员制作了一种可渗透气体、营养物质和大分子的支架，这是一个足够强大的物理屏障，可以通过肠干细胞（ISCs）的增殖和分化，限制ISCs的生长使其呈现出预定的形状。之后在小鼠模型上进行验证，研究人员将水凝胶（I型胶原和基质凝胶）合成物放在一个可灌注的平台上，以产生一个混合微芯片系统，该装置具有一个用于水凝胶装载和类器官培养的中央腔室，两侧有一对（入口和出口）储液罐，用于装载细胞和管腔灌注，并且通过水凝胶向组织基底侧提供介质和生长因子。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " img src=" http://pic.biodiscover.com/files/u/e0/202009300939304828.jpg" alt=" " / br/ /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " 管状微型肠道长期稳态培养的建立 /span /p p style=" text-indent: 2em " 结果表明，原代小鼠胆管细胞或来自小肠的原代人类干细胞可以定植于管状支架，产生了连贯、紧密且可灌流的上皮组织。这就表明，一种模拟基底膜的支架可以用于从原始干细胞构建开放的上皮，其解剖结构与体内相似。 /p p style=" text-indent: 2em " 理论上，用稳定的组织来建立传统的上皮类器官几乎是可以无限期地繁殖的，但在这些系统中的长期培养需要连续传代，需要每隔几天将类器官分解成碎片或分散的单个细胞。所以研究人员探讨了在不传代的情况下维持肠小管上皮细胞数周的可能性，发现每隔12小时用标准的类器官培养基甚至无生长因子的培养基来灌注管腔，可以清除类器官管中的死细胞，组织的寿命可延长至一个月或更长，从而保存小鼠模型的整体组织解剖。 /p p style=" text-indent: 2em " 接下来，研究人员测试了诱导分化对ISC来源的上皮细胞的影响，发现细胞增殖明显的区域很大程度上局限于隐窝区域，肠内分泌细胞和杯状细胞几乎只出现在输卵管的中央区域，与绒毛状区域相对应。另外，研究人员还证实了空间限制性水凝胶支架促进了ISCs形成功能性肠上皮，表现出与体内类似的隐窝和绒毛样结构域的空间排列。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " img src=" http://pic.biodiscover.com/files/l/cm/202009300940007817.png" alt=" " / br/ /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " 具有代表性的7天龄迷你肠管的荧光共聚焦图像 /span /p p style=" text-indent: 2em " 随后，研究人员将微型肠道暴露于γ射线来模拟在体内发生的肠道损伤和再生，发现暴露于高剂量的辐射（8Gy）会导致干细胞丢失和再生受损。在较低剂量（2 Gy）下，增殖的ISC迅速耗尽，肠上皮细胞破裂，随后逐渐再上皮化，直到组织完全再生，形成新的隐窝。这些结果都表明，此生物工程有机物显示出显著的再生潜力。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " img src=" http://pic.biodiscover.com/files/9/p0/202009300940184952.png" alt=" " / br/ /span /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" font-size:12px color:#999999 " 肠道生物学和疾病模型的前景 /span /p p style=" text-indent: 2em " 在文章的最后，研究人员提出该方法可以应用于其他器官的干细胞，如肺、肝或胰腺。并且这项研究在药物发现、诊断和再生医学方面都具有巨大潜力。 /p p style=" text-indent: 2em " 参考资料： /p p style=" text-indent: 2em " Nikolaev,M.,Mitrofanova,O.,Broguiere,N.et al. Homeostatic mini-intestines through scaffold-guided organoid morphogenesis. Nature 585, 574–578 (2020). /p /div /div

本文由中国药科大学天然药物国家重点实验室药物代谢与药代动力学重点实验室所作，发表于Talanta 165 (2017) 128–135。 近年来，基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱成像（MALDI-TOF-MSI）技术受到了广泛的关注，因为它可以对动植物组织切片中不同的分子进行定位，尽管在逐点绝对定量中仍存在一些障碍。奥曲肽是一种合成的生长抑素类似物，在临床上广泛应用于预防胃肠道出血。 本研究的目的是建立一种定量显示奥曲肽在小鼠组织中空间分布的MALDI-TOF-MSI方法。在这个过程中，一个结构相似的内标物与基质溶液一起被点到组织切片上，以尽量减少信号变化，并给出良好的定量结果。通过比较奥曲肽与不同基质共结晶后MALDI-TOF-MSI产生的信噪比，选择2,5-二羟基苯甲酸作为最合适的基质。通过测定不同浓度的新鲜组织切片中奥曲肽的含量，验证了MALDI-TOF-MSI在线性、灵敏度和精密度方面的可靠性。验证的方法成功地应用于奥曲肽在小鼠组织中的分布研究。 结果表明，MALDI-TOF-MSI不仅能清晰地显示奥曲肽的空间分布，而且可以计算关键的药代动力学参数（Tmax和t1/2）。更重要的是，MALDI-TOF-MSI测定的奥曲肽的组织浓度-时间曲线与LC-MS/MS测定的结果一致。这些发现说明了MALDI-TOF-MSI在药物开发过程中的药代动力学分析潜力。使用仪器：岛津MALDI TOF、 LC–MS/MS 图1 内标对MALDI-TOF-MSI分析小鼠肝切片中奥曲肽线性的影响。(A) 小鼠肝脏切片上的兰瑞肽(内标)的质谱图，(B)加入奥曲肽标准溶液的肝脏切片光学图像，(C)5个浓度水平的奥曲肽的代表性质谱图像([M+H]+离子 m/z 1019 Da)，(D) 用奥曲肽的平均信号强度绘制的奥曲肽校准曲线(n=5)，(E)经内标校正后的奥曲肽的代表性质谱图像，(F) 用奥曲肽/内标的平均强度比绘制的奥曲肽校准曲线(n=5) 图2 对口服20 mg/kg奥曲肽后0、10、30、60、90和120 min采集的小鼠组织进行成像MS分析。(A)胃切片的代表性光学和质谱图像，(B)肠切片的代表性光学和质谱图像，(C)肝切片的代表性光学和质谱图像 图3 MALDI-TOF-MSI和LC-MS/MS测定奥曲肽的组织浓度-时间曲线。(A) MALDI-TOF-MSI法测定小鼠胃中奥曲肽的浓度-时间曲线 (B) LC-MS /MS法测定小鼠胃中奥曲肽的浓度-时间曲线 (C) LC-MS/MS法和MALDI-TOF-MSI法测定小鼠胃中奥曲肽的含量的相关性分析。 本研究开发了一种基于MALDI-TOF-MSI的小鼠组织切片奥曲肽定量分析方法。首次通过比较DHB、CHCA和SA提取的奥曲肽在一系列激光功率水平下的信噪比，系统研究了激光能量对MALDI基质选择的影响。结果表明，DHB、CHCA和SA的最优功率水平应分别设置为50、70和60，DHB因其较高的灵敏度和较低的基质效应最终被选为最合适的MALDI基质。兰瑞肽是一种与奥曲肽结构相似的生长抑素类似物，被用作内标，通过减小组织异质性、基质晶体异质性和激光功率波动引起的离子信号变化，提高分析的线性、准确性和精密度。然后成功地应用所开发的MALDI-TOF-MSI方法，观察口服20 mg/kg剂量后，奥曲肽在小鼠胃、肠、肝中的分布和消除过程。 结果表明，MALDI-TOF MSI不仅能清晰地显示奥曲肽在小鼠组织中的空间分布，而且使关键药物动力学参数(Tmax和t1/2)的计算成为可能。更重要的是，MALDI-TOF-MSI测定的奥曲肽的组织浓度-时间曲线与LC-MS/MS绝对定量的结果吻合较好。 文献题目《Optimization and evaluation of MALDI TOF mass spectrometric imaging for quantification of orally dosed octreotide in mouse tissues》 使用仪器岛津MALDI TOF、 LC–MS/MS作者Tai Rao, Boyu Shen，Zhangpei Zhu, Yuhao Shao, Dian Kang, Xinuo Li, Xiaoxi Yin, Haofeng Li,Lin Xie, Guangji Wang, Yan Liang Key Lab of Drug Metabolism &hamacokinets,State Key Laboratory of Natural Medicines,China Pharmaceutical University, Tongjiaxiang 24, Nanjing 210009 PR China

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 8月10日23点， i Nature Biotechnology /i 在线发表了由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室研究员王凯研究组完成的题为《共聚焦光场显微镜对小鼠和斑马鱼大脑快速体成像》的研究论文。该研究发展了一种新型体成像技术：共聚焦光场显微镜(Confocal light field microscopy)，可以对活体动物深部脑组织中神经和血管网络进行快速大范围体成像。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 跨脑区大规模的神经元如何整合信息并影响行为是神经科学中的核心问题，解答这一问题需要在更高时空分辨率上捕捉大量神经元活动动态变化的工具。共聚焦显微镜和双光子显微镜等运用于活体脑成像的传统工具基于点扫描，时间分辨率较低，难以研究大范围脑区中神经元的快速变化。因此，近年来科研人员一直致力于开发更快的成像方法。在多种新技术中，光场显微镜具有潜力，得到广泛关注，其特点在于可以在相机的单次曝光瞬间，记录来自物体不同深度的信号，通过反卷积算法重构出整个三维体，实现快速体成像，在线虫、斑马鱼幼鱼等小型模式动物上已获得初步应用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 传统光场显微镜存在两个难以解决的问题，限制了其在生物成像上的应用。首先，重构的结果会出现失真。2017年，王凯研究组研发的新型扩增视场光场显微镜（eXtended field-of-view Light Field Microscopy, XLFM）解决了这一问题，并应用于自由行为斑马鱼幼鱼的全脑神经元功能成像上，首次三维记录了斑马鱼幼鱼在完整捕食行为中的全脑神经元活动的变化。其次，现有光场显微成像技术缺乏光学切片能力，无法对较厚组织，如小鼠的大脑进行成像。让光场显微镜具有共聚焦显微镜一样的光学切片能力，滤除大样品中焦层之外的背景信号来提高信噪比，是提高成像质量、可广泛应用的关键所在。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 然而，传统共聚焦显微镜采用激光逐点扫描和共轭点针孔检测来降低焦面外噪声的策略不适用于三维光场显微镜。面对这一挑战，研究团队创新提出广义共聚焦检测的概念，使其可以与光场显微镜的三维成像策略结合，在不牺牲体成像速度的前提下有效滤除背景噪声，提高了灵敏度和分辨率。这种新型的光场显微成像技术称为共聚焦光场显微镜。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 研究团队在不同动物样品上测试了共聚焦光场显微镜的成像能力。团队成员对包埋的活体斑马鱼幼鱼进行全脑钙成像，对比共聚焦和传统光场显微镜的成像结果，发现加入光学切片能力后，图像分辨率和信号噪声比提高，可以检测到更多较弱的钙活动。进一步的，将共聚焦光场显微镜和高速三维追踪系统结合，对自由行为的斑马鱼幼鱼进行全脑钙成像，在ø 800 μm x 200 μm的体积内达到2 x 2 x 2.5 μm sup 3 /sup 的空间分辨率和6Hz的时间分辨率。受益于更高的分辨率和灵敏度，可以识别出斑马鱼幼鱼在捕食草履虫过程中单个神经元的钙离子活动的变化。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 团队成员验证了共聚焦光场显微镜对小鼠大脑的成像效果，对清醒小鼠的视皮层进行钙成像，可以同时记录ø 800 μm x 150 μm的体积内近千个神经元的活动，最深可达约400 μm，且连续5小时以上稳定记录超过10万帧，没有明显的光漂白。团队成员进一步尝试使用共聚焦光场显微镜对鼠脑中的血细胞进行成像，深度可达600 μm，拍摄速度70 Hz，同时记录上千根血管分支中群体血细胞的流动情况并计算血细胞的速度，相比之前的传统成像方法通量提高了百余倍。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 研究团队在自由行为的斑马鱼幼鱼和小鼠大脑上证明了共聚焦光场显微镜有更高的分辨率和灵敏度，为研究大范围神经网络和血管网络的功能提供了新的工具。同时，该技术不仅适用脑组织的成像，还可以根据所需成像的样品种类灵活调整分辨率、成像范围和速度，应用在其他厚组织的快速动态成像中。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 研究在王凯的指导下，主要由博士研究生张朕坤、白璐，以及助理研究员丛林共同完成。王凯研究组余鹏、张田蕾，中国科学技术大学本科生石万卓，杜久林研究组李福宁做出贡献，研究员杜久林参与合作并给予指导意见。研究得到中科院脑智卓越中心实验动物平台的支持。研究工作受到科技部、中科院、国家自然科学基金委员会和上海市的资助。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/9bfa0661-24ad-4d0d-9ccd-10db465617c7.jpg" title=" 图1.jpg" alt=" 图1.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图1.（上）共聚焦光场显微镜原理示意图。（下）不同于传统光场显微镜，共聚焦光场显微镜采用片状照明，选择性激发样本的一部分，在垂直照明的方向上扫描，采集到的信号被遮挡板过滤掉焦层范围之外的部分。对采集到的图像进行重构可以得到焦层内的三维信息。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/28e2bd6d-59f5-4ff1-8085-355f6d295cbf.jpg" title=" 图2.jpg" alt=" 图2.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图2.（左）斑马鱼幼鱼捕食行为的一个例子。0s 为斑马鱼吞食草履虫的时刻。（右）左图斑马鱼捕食行为中，共聚焦光场显微镜记录到的两个不同脑区的神经元活动。箭头所指为过程中激活的单个神经元。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/c26412e7-a408-4c67-8533-1c5a118fdb4b.jpg" title=" 图3.jpg" alt=" 图3.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(68, 68, 68) font-family: 微软雅黑 background-color: rgb(255, 255, 255) " 　 /span 图3.（左）共聚焦光场显微镜拍摄得到的小鼠视皮层中的复杂血管网络。6个在不同深度拍摄的体积连接为一个深度达600 μm的三维结构。（中）100 μm到250 μm深度血管网络的平面投影，颜色代表不同血管分支中血细胞的平均流速。（右）图中箭头所指的区域中五个血管分支在一段时间内流过血细胞数量的计数。 /p