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德用超显微技术开发出追踪脊髓神经再生新法

2011/12/30 来源:科技日报
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导读
德国马普研究院神经生物学研究所和一个国际小组,合作开发出一种研究神经组织再生结构的新方法,不仅能检查完整组织中的单个神经细胞,还能描绘出它的三维图像。相关论文发表在近日的《自然·医学》杂志网站上。

德国马普研究院神经生物学研究所和一个国际小组,合作开发出一种研究神经组织再生结构的新方法,不仅能检查完整组织中的单个神经细胞,还能描绘出它的三维图像。相关论文发表在近日的《Nature·Medicine》杂志网站上。

脊髓接受来自皮肤、肌肉、关节的信息,送入大脑处理并反馈指令。脊髓神经受伤,会导致不可逆转的瘫痪和感觉丧失。多年来,科学家一直在研究能否刺激受损的神经轴突再生,而有些轴突能生长几毫米。观察神经细胞是否开始生长,以及它们在空间的分布和逐级演进是研究神经再生的重要前提。但目前,只能依靠切下一部分脊髓组织制成极薄的切片,在显微镜下观察二维的组织切片,这种方法既不精确,也非常耗时,一个观察结果就需要许多天甚至几周时间来处理。为此,马普研究院神经生物学研究所和国际研究小组对一种超显微技术方法进行了改良,让它更加简单易行。

论文第一作者阿里·厄图克解释说,脊髓组织是不透明的,因为其中包含的水和蛋白质折射了不同频率的光。因此,我们从组织切片中除去水分,用一种折射率和蛋白质完全相同的乳剂来代替,让它变成了一种完全透明的组织。“这种效果和在毛玻璃上涂蜂蜜是相同的,当蜂蜜涂平了表面的不规则后,毛玻璃就变得清晰透明。”

新技术使用荧光染料给每个神经细胞染色,之后这些神经纤维看起来就像是玻璃做成的,让人们能观察透明的脊髓,追踪它们的路径。研究人员指出,新方法让他们一次性地就能分析出神经细胞是否沿着伤处到脊髓开始了重新生长,这是再生医学中的一项突破。

“最重要的是,这种方法还能很容易地用于其他组织。”马普研究院神经生物学研究所弗兰克·布雷德克说,比如观察肿瘤嵌入组织中的毛细血管或通道系统,可以将其绘成3维形式加以分析。


Three-dimensional imaging of the unsectioned adult spinal cord to assess axon regeneration and glial responses after injury

Ali Ertürk,  Christoph P Mauch,  Farida Hellal,  Friedrich Förstner,  Tara Keck,  Klaus Becker,  Nina Jährling,  Heinz Steffens,  Melanie Richter,  Mark Hübener,  Edgar Kramer,  Frank Kirchhoff,  Hans Ulrich Dodt  & Frank Bradke

Studying regeneration in the central nervous system (CNS) is hampered by current histological and imaging techniques because they provide only partial information about axonal and glial reactions. Here we developed a tetrahydrofuran-based clearing procedure that renders fixed and unsectioned adult CNS tissue transparent and fully penetrable for optical imaging. In large spinal cord segments, we imaged fluorescently labeled cells by 'ultramicroscopy' and two-photon microscopy without the need for histological sectioning. We found that more than a year after injury growth-competent axons regenerated abundantly through the injury site. A few growth-incompetent axons could also regenerate when they bypassed the lesion. Moreover, we accurately determined quantitative changes of glial cells after spinal cord injury. Thus, clearing CNS tissue enables an unambiguous evaluation of axon regeneration and glial reactions. Our clearing procedure also renders other organs transparent, which makes this approach useful for a large number of preclinical paradigms.

文献链接http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/full/nm.2600.html

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