眼見為實：郭崢團隊通過3D打印揭示腸道細胞動態(tài)分化
時間：2021-10-29 21:58 來源：中國生物技術(shù)網(wǎng) 作者：admin 閱讀：次
果蠅的消化道與哺乳動物有著非常類似的結(jié)構(gòu)，在過去的幾十年里，成體果蠅的中腸（midgut）被大量應用于人類腸道疾病的研究當中。比如，和哺乳動物相同是，果蠅中腸上皮結(jié)構(gòu)的維持也依賴于腸道干細胞（ISC）的分裂和分化，ISC細胞負責腸道上皮層的更新和修復。但與哺乳動物小腸相比，果蠅中腸的細胞組成卻又相對簡單，主要包含ISC細胞，內(nèi)分泌細胞（EE），上皮細胞前體細胞（EB）以及上皮細胞（EC）。
為了研究干細胞及其子代細胞，目前常見的方法是利用固定后的組織進行譜系追蹤。但是，我們很難在經(jīng)過固定處理的腸道樣本中，研究干細胞增殖的速率，子代細胞產(chǎn)生的先后順序，以及子代細胞分化的動態(tài)過程等問題。現(xiàn)有的活體成像手段，也無法實現(xiàn)長期追蹤單個腸道干細胞的分裂和分化。
2021年10月25日，華中科技大學同濟基礎(chǔ)醫(yī)學院郭崢教授團隊，在 Communications Biology 期刊上發(fā)表了題為：Intravital imaging strategy FlyVAB reveals the dependence of Drosophila enteroblast differentiation on the local physiology 的研究論文。
郭崢教授團隊的博士后研究員湯睿智博士，利用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種名為FlyVAB的裝置，可以對果蠅腸道進行長達10天的活體成像。首次活體觀察到了腸道干細胞制造上皮細胞的完整過程，并發(fā)現(xiàn)了在不同生理條件下腸道上皮細胞前體細胞（EB）細胞的兩種分化狀態(tài)。
FlyVAB裝置包含三個部分：1）果蠅擠壓系統(tǒng)，通過適度擠壓果蠅腹部，讓腸道貼近蓋玻片。選擇透明質(zhì)酸溶液為透明化介質(zhì)，添加在果蠅腹部和蓋玻片之間；2）果蠅麻醉系統(tǒng)，用于輸送CO2來麻醉果蠅，輔助穩(wěn)定成像效果；3）載物臺連接系統(tǒng)，用于將P1和P2在顯微鏡載物臺上。結(jié)合倒置激光共聚焦顯微鏡或者倒置熒光顯微鏡，可以清晰得觀察到果蠅中腸后端（posteriormidgut），熒光標記的ISC細胞，EB細胞以及EC細胞。
研究人員對出生7天的果蠅追蹤了109h，拍照間隔大約為12h。基于5個EE細胞所構(gòu)成的圖形，成功在8個時間點中都追蹤到同一段腸道，并對其中一個ISC細胞的分裂和分化進行了分析。
在最初的14h中，ISC細胞進行了一次細胞分裂，形成一個ISC細胞和一個EB細胞。EB中的Notch信號，在EB形成初期的51個小時（14h-71h）中緩慢增強，卻在后續(xù)的15個小時（71h-86h）快速增強。
EB細胞在第86h開始向EC細胞分化，細胞形態(tài)逐漸變大。在變大的EB（95h）和EC（109h）中，Notch信號逐漸減弱，這說明當EB向EC分化的命運被決定之后，細胞不再需要激活Notch信號。
研究團隊表示，正常年輕果蠅的腸道中，ISC通過細胞分裂進行自我更新，產(chǎn)生一個ISC以及一個EB細胞。ISC會緩慢地激活EB中的Notch信號，整個激活過程可以持續(xù)3天以上。
在此之后，根據(jù)腸道局部生理環(huán)境的不同，EB細胞會有兩種不同的分化狀態(tài)。
1、當EB周圍沒有EC損傷時，EB呈現(xiàn)“蓄勢待發(fā)”狀態(tài)。如果此時EB與ISC分離，“蓄勢待發(fā)”EB中的Notch激活程度甚至可以下降。
2、當EB周圍有EC發(fā)生了損傷，EB呈現(xiàn)“激活分化”狀態(tài)。接著在1天之內(nèi)，EB分化為新的EC，修復受損的組織。與此同時，伴隨著EC的更新，ISC分裂的速率和Notch激活的速率都會顯著性增加。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02757-z
為了研究干細胞及其子代細胞，目前常見的方法是利用固定后的組織進行譜系追蹤。但是，我們很難在經(jīng)過固定處理的腸道樣本中，研究干細胞增殖的速率，子代細胞產(chǎn)生的先后順序，以及子代細胞分化的動態(tài)過程等問題。現(xiàn)有的活體成像手段，也無法實現(xiàn)長期追蹤單個腸道干細胞的分裂和分化。
2021年10月25日，華中科技大學同濟基礎(chǔ)醫(yī)學院郭崢教授團隊，在 Communications Biology 期刊上發(fā)表了題為：Intravital imaging strategy FlyVAB reveals the dependence of Drosophila enteroblast differentiation on the local physiology 的研究論文。
郭崢教授團隊的博士后研究員湯睿智博士，利用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種名為FlyVAB的裝置，可以對果蠅腸道進行長達10天的活體成像。首次活體觀察到了腸道干細胞制造上皮細胞的完整過程，并發(fā)現(xiàn)了在不同生理條件下腸道上皮細胞前體細胞（EB）細胞的兩種分化狀態(tài)。
FlyVAB裝置包含三個部分：1）果蠅擠壓系統(tǒng)，通過適度擠壓果蠅腹部，讓腸道貼近蓋玻片。選擇透明質(zhì)酸溶液為透明化介質(zhì)，添加在果蠅腹部和蓋玻片之間；2）果蠅麻醉系統(tǒng)，用于輸送CO2來麻醉果蠅，輔助穩(wěn)定成像效果；3）載物臺連接系統(tǒng)，用于將P1和P2在顯微鏡載物臺上。結(jié)合倒置激光共聚焦顯微鏡或者倒置熒光顯微鏡，可以清晰得觀察到果蠅中腸后端（posteriormidgut），熒光標記的ISC細胞，EB細胞以及EC細胞。
△FlyVAB裝置簡易示意圖及成像效果
研究人員對出生7天的果蠅追蹤了109h，拍照間隔大約為12h。基于5個EE細胞所構(gòu)成的圖形，成功在8個時間點中都追蹤到同一段腸道，并對其中一個ISC細胞的分裂和分化進行了分析。
在最初的14h中，ISC細胞進行了一次細胞分裂，形成一個ISC細胞和一個EB細胞。EB中的Notch信號，在EB形成初期的51個小時（14h-71h）中緩慢增強，卻在后續(xù)的15個小時（71h-86h）快速增強。
EB細胞在第86h開始向EC細胞分化，細胞形態(tài)逐漸變大。在變大的EB（95h）和EC（109h）中，Notch信號逐漸減弱，這說明當EB向EC分化的命運被決定之后，細胞不再需要激活Notch信號。
△FlyVAB活體追蹤ISC-EB-EC分化全過程
研究團隊表示，正常年輕果蠅的腸道中，ISC通過細胞分裂進行自我更新，產(chǎn)生一個ISC以及一個EB細胞。ISC會緩慢地激活EB中的Notch信號，整個激活過程可以持續(xù)3天以上。
在此之后，根據(jù)腸道局部生理環(huán)境的不同，EB細胞會有兩種不同的分化狀態(tài)。
1、當EB周圍沒有EC損傷時，EB呈現(xiàn)“蓄勢待發(fā)”狀態(tài)。如果此時EB與ISC分離，“蓄勢待發(fā)”EB中的Notch激活程度甚至可以下降。
2、當EB周圍有EC發(fā)生了損傷，EB呈現(xiàn)“激活分化”狀態(tài)。接著在1天之內(nèi)，EB分化為新的EC，修復受損的組織。與此同時，伴隨著EC的更新，ISC分裂的速率和Notch激活的速率都會顯著性增加。
△FlyVAB揭示果蠅腸道ISC細胞分裂和EB細胞分化模式圖
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02757-z
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