干细胞龛——一个“弹珠板”
直到最近，大多数关于干细胞的知识都来自于对造血系统的研究。它基于不对称细胞分裂的假设，这意味着干细胞正在分裂并产生2个子细胞:一个新的干细胞和一个祖细胞，它可以进一步分裂和分化为组织特定的细胞类型。
专业教授的实验室和其他人的实验室的重要开创性工作表明，小肠的干细胞系统不同于造血系统。干细胞位于绒毛壁之间的绒毛之间的底部，肠壁的小突起，使肠表面放大。这些隐窝的基础包括干细胞的基础。14-16个干细胞位于一个地下。当他们分开时，有太多的细胞适合在利基空间中。在他们开始区分的边界处，细胞随机“踢出”的基层。这场竞争最终导致一个获胜的干细胞，将产生隐窝和邻近绒毛内的所有细胞。
这些发现已经在之前的荧光小鼠模型中得到了证实[2]可以在肠干细胞中诱导表达不同颜色的荧光蛋白——Lgr5eGFP-Ires-CreERT2/ R26R-Confetti老鼠。在这些小鼠中，每个生态位内的14-16个干细胞可以通过激活五彩缤纷颜色随机器的他莫昔芬进行不同颜色编码。令人惊讶的是，两三个月后，一个地窖里的所有细胞的颜色都一样，这意味着其中一个细胞在竞争中获胜了。这一发现意味着，在含有14-16种不同干细胞的生态位中，只有一种干细胞具有长期干细胞潜力。
“你可以把这个比作一盘不同颜色的弹珠。平板代表生态位，弹珠代表干细胞。如果你让大理石分开，在某一点上他们太多了，他们会因为有限的空间从盘子上掉下来。举个例子，如果盘子上只有一颗黑色的弹珠掉下来，你就失去了这种颜色。最后你会得到一个只有一种颜色的玻璃球的盘子，”Jacco van Rheenen解释道。
你怎么知道哪个干细胞会赢得比赛?
以前的研究[2]只展示了不同条件下的快照。在一只小鼠中，在隐窝中激活颜色随机化器后不久就看到了不同颜色的干细胞，而在另一只小鼠中，所有隐窝在激活颜色随机化器三个月后都显示为单克隆，只有一种颜色。从这些实验中可以清楚地看出，只有一个干细胞胜出，但是静态图像缺少关于这个细胞的位置和历史的信息。
活体成像可以随时间跟踪干细胞。结果表明，生态位中的每一个干细胞都有一定的获胜概率。但是处于生态位中心的干细胞比处于生态位边缘的干细胞更有可能获胜。然而，这些细胞有可能改变位置并获得更有利的位置。其原因是:每一次细胞分裂，每个干细胞的位置都会受到影响。边缘的细胞可以被推向中心，重新获得干细胞的全部能力。这意味着处于不利地位的细胞仍然可以赢得竞争，尽管可能性较小。
由于其环境，干细胞是干细胞
干细胞研究的目前的教条是干细胞是干细胞，因为它是本质上的干细胞。“这听起来很容易：我是荷兰语，因为我是本质上的荷兰语，”Van Rheenen比较。但他和他的小组发现，由于环境，干细胞是干细胞。由于其位于利基内的位置，干细胞可能比其他人更有效。当它改变其位置时，它可以改变其干细胞势，并且它可以损失或获得茎。用以前的比喻的话来说，这意味着：“我是荷兰语，因为我住在荷兰。如果我搬到德国，我会成为德国人。”“但这也是可逆的：当德国人搬到荷兰时，他/她会成为荷兰语。”这是一种全新的思维方式。
以前，人们只能查看不同条件的快照。在打开不同颜色后不久，一只鼠标均匀地看起来。当一个彩色细胞在一个加密中产生所有细胞时，稍后检查另一只小鼠。在目前研究中，在一只动物中随时间研究干细胞的动态。遵循单个干细胞的历史，看看一个胜利的干细胞实际上是如何竞争所有其他的。这是通过流体成像实现的。通过在长时间的干细胞后代之后，van Rheenen和同事可以排除它在边界或接管隐窝的干细胞的中心是一个细胞的可能性。
流体成像如何工作？
通常，将动物剖开，使其所需要的组织暴露在显微镜下。然而，如果你的伤口是开放性的，动物只能在这种情况下存活几个小时。Van Rheenen和他的团队发明了一种腹部成像窗口(AIW) [3,4]．通过一个相对简单的手术过程，在皮肤和腹壁上插入一个小玻璃窗。这个微小的窗口并不影响小鼠，并且允许使用多光子显微镜对小鼠的肠道进行多日多期成像，在此期间小鼠处于睡眠状态。“可喜的是，在成像过程之间，老鼠是清醒的，可以做正常老鼠做的事情。就在成像过程中，老鼠很快就被放到了显微镜台上，”Saskia Ellenbroek说，他是该出版物的第一作者，与Laila Ritsma一起。在徕卡显微镜软件的帮助下，成像场的位置被记住。由于肠是非常可移动的，大血管被用作路线图来寻找大致相同的成像位置。通过不同颜色之间的相对位置，隐窝可以在多个会话中回溯和成像。由于这项技术允许在同一只老鼠身上研究相同的干细胞，而不是在不同的时间点研究不同的老鼠，它大大减少了这些类型研究所需的老鼠数量。
倒诞影像显示大局
通过使用腔内成像和腹部成像窗口，可以随时间遵循一个单独的细胞并将电池的行为链接到利基纳内的特定位置。“而不是获得静态图像，我们现在可以真正看到动态随着时间的推移”，Saskia Ellenbroek说。“想象一下，看着一个非常拥挤的购物街的形象。如果你看一个快照，你可以看到许多人在一个位置。如果你拍摄同一个街道的电影，你可以突然看到一个从商店跑来跑的那个人and someone running after him. Only then you realize that this person had stolen something from a shop. You would never see this at the moment you take a snapshot. That’s the big difference intravital imaging makes to our research," explains van Rheenen.
癌症研究的新机会
随着发现干细胞可能因被动事件而失去茎的茎，通过其他分开的干细胞被踢出乳房 - 目前的自然纸张改变了对干细胞行为的思考方式。腔内成像为干细胞研究提供了大量的可能性。
目前的研究侧重于干细胞并显示微环境对干细胞的行为很重要。因此，下一步将是操纵环境和干细胞利基，研究这将如何影响干细胞。他们会失去茎吗？组织会发生什么？
第二个要回答的大问题是：在肿瘤中发生什么？还有类似的干细胞层次结构，其中一个干细胞负责肿瘤生长，其他人会死亡，因为它们只划分几次，然后被踢出来？我们很奇怪等待答案。