故事

长时间追踪肾小球的命运

连续多光子显微镜有助于理解肾脏疾病和体内再生的动态过程

肾小球过滤屏障(GFB)是肾盂内的复杂空间结构,其中发生超滤。大织物是GFB的关键要素,参与过滤过程。他们已被证明参与肾病的发展。然而,由于技术限制,肾小球病理学的机制尚不清楚。JánosPeti-Peterdi在南加州大学的集团开发了一种呼吁新方法串行多光子显微镜(MPM)这样就可以在几天内追踪单个肾小球的命运。最近它被出版为封面故事在自然医学.在这次采访中,他评论了连续MPM如何影响他的研究。

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你的论文将其发给了自然医学的标题页。图片中显示的是什么,为什么它为封面选择?是什么让它特殊/有趣?

封面页显示了一个视觉上吸引人的,具有代表性的多色图像的活体小鼠肾脏的表面区域。图像是通过使用体内对新生成的转基因小鼠进行多光子荧光成像,我们将其命名为podocin -五彩纸屑小鼠。小鼠单侧输尿管梗阻是肾脏纤维化的经典常见模型。足细胞是肾脏中形成和维持肾小球滤过器的最重要的细胞类型之一,根据基因编码的膜靶向CFP(蓝色)的细胞特异性表达,足细胞被标记为四种颜色之一绿色荧光蛋白(绿色),胞质YFP(黄色)或胞质RFP(红色)标记的葡聚糖(血浆染料)照亮肾脏的血管。这项新技术有助于识别和跟踪同一单足细胞在完整的活体肾脏疾病过程中的命运。这种鉴定和追踪完整肾脏中单个足细胞的改进方法可以提高我们对肾小球损伤和再生机制的理解。我们相信,这种方法的新颖和意义帮助这幅图像和我们的报告登上了封面。

时机选择也有帮助。这是十二月份的杂志,因此是假期。血管树末端的多色标记肾小球看起来就像圣诞树上的圣诞球。

请描述您开发的连续MPM方法,用于研究完整的肾组织。它是如何工作的?

为了更好地了解Podocyte迁移的动态,我们在完整的鼠标肾脏中开发了相同肾小球的串行MPM成像体内每24小时一次。串行MPM需要多次存活,同一动物的微创手术。在麻醉的小鼠中,与传统腹侧接种相比,左肾切口轻轻地从动物稳健的侧面切口外部,并将小鼠置于使用倒置显微镜的MPM成像的加热显微镜阶段。鉴定了适合于成像的肾脏的区域,并注意到肾脏的位置在后修饰的相同放置。

在获得肾小球的z堆后,用高功率激光束短时间聚焦在这个区域上,就可以在视野中标记出一个小的远处区域。这一操作产生了一个容易发现的高荧光点(参考点),并在那里停留3-5天。标记相对于肾小球的位置被记录下来。影像学检查后,将肾脏放回腹膜后,用缝线缝合侧切口。24、48、72等小时后,在同一动物/肾小球中拆除缝线,再次取出肾。使用这种技术,我们随后能够找到大约70%的肾小球,这些肾小球在第一次成像时被标记。用与前一天相同的成像设置获得标记的肾小球z堆。

这些图像是用徕卡相机拍摄的TCS.SP5多光子共聚焦荧光成像系统与一个63x徕卡甘油浸没物镜(NA 1.3)由一个变色龙Ultra-II MP激光器在860 nm(相干)和徕卡DMI6000 B倒置显微镜的外部非脱壳探测器。短通滤波器(蓝色和红色为680 nm,绿色和黄色为700 nm)、二向色反射镜(绿色和黄色为515 nm,蓝色和红色为560 nm)和带通滤波器是检测CFP/的专用滤波器绿色荧光蛋白/ YFP / RFP发射(473nm / 514nm / 545nm / 585nm)(色度)。

图1:使用体内多光子荧光成像技术识别和跟踪podocin -五彩纸屑小鼠完整肾脏中的单个足细胞。肾小球毛细血管袢外的足细胞被标记为四种颜色之一,或由膜靶向CFP(蓝色)、核标记绿色荧光蛋白(绿色),胞质YFP(黄色)或胞质RFP(红色)标记的葡聚糖(血浆染料,灰度)照亮肾脉管系统。

之前的困难是什么?串行MPM有什么新特点?

肾小球滤过屏障(GFB)具有非常复杂和动态的三维结构,由几种不同类型的细胞组成,包括被称为系膜细胞的特殊间质细胞、内皮细胞和足细胞。足细胞是GFB的关键元素,GFB是肾小球毛细血管中执行血浆超滤的复杂血管单位。足细胞是高度分化的细胞,形成长长的初级和次级延伸,包裹在毛细血管袢的外面。在它们的指间足突之间形成了狭缝隔膜,这是GFB的关键组成部分。最近的遗传学和细胞生物学研究强调足细胞在肾小球疾病的发展中至关重要。然而,了解肾小球病理机制细节的一个关键障碍是在其自然环境中研究GFB的技术限制。由于缺乏体内数据,在我们对足细胞动力学和运动及其与蛋白尿和肾小球硬化的联系的理解上仍然有很大的差距。然而,这种见解对于开发新的治疗策略是必要的。

高分辨率成像工具的应用,特别是这种串行MPM方法可以提供长缺失的方法体内足细胞研究技术。MPM是一种革命性的微创光学切片技术,可以允许鼠标肾脏的成像,包括Glomeruli体内.连续MPM代表了一项新的技术进步,它让我们第一次在肾小球疾病过程中完整的活肾中,在几天内观察到完全相同的足细胞/肾小球区域(组织体积)。目前没有其他技术能够做到这一点。其优点包括:(i)克服肾小球异质性问题,(ii)建立细胞迁移、组织重塑的动力学和模式,以及(iii)结合功能测量。

你通过连续MPM获得了哪些其他方式无法获得的新见解?

连续MPM成像首次有助于描述肾小球形态、细胞组成和足细胞投射的动态和戏剧性变化,这些变化通常发生在前一次成像会议的24小时内。我们发现足细胞从其通常的解剖位置,肾小球簇迁移的证据。我们的数据支持肾小球环境和细胞组成的高度动态(新范式)而不是静态(当前教条)。此外,一项新的解剖学发现首次可视化了连接内脏(足细胞)和顶叶上皮层(PECs)的纳米管,这些纳米管可能参与细胞间的通信和细胞迁移。

串行MPM如何改变您的研究?

具有荧光细胞谱系标签的新型小鼠型号的串行MPM是一种新颖,独特,最先进的成像方法,我们将继续在我们的研究中直接使用,并定量可视化不同肾细胞类型的招聘和命运体内并探讨其在健康和疾病中肾血管和肾小球重建中的功能和作用。到目前为止,我们已经开发了几个新的转基因小鼠模型,在这些模型中,七种不同的肾细胞类型可以通过基因编码的多色荧光蛋白的表达进行特异性标记。

这个新的工具箱与连续、活体MPM成像技术的突破相结合,对我们的研究项目来说是一个巨大的技术进步,使我们能够,并将继续使我们能够以前所未有的细节研究活肾中正常和患病肾脏功能的动态。这项新技术的应用使我们产生了几个高度创新的概念和方法,包括识别和表征新的、非传统的机制和许多不同肾细胞类型的作用。

茎/祖细胞研究的新进展带来了一种新的视角,并专注于组织再生和细胞命运在生物医学的几个地区的变化,包括肾和心血管(Patho)生理学。188bet怎么注册新颖的技术已经可用于在各种器官中的细胞谱系和单个细胞命运跟踪的荧光标记。我们将与串行MPM相结合使用这些惊人的研究工具,以推进我们对特定肾细胞类型的功能和命运的理解(如龟粒细胞,黄斑杜氏的细胞,肾素生产细胞,管状上皮细胞,毛细管和淋巴内皮,间充质祖细胞等,是肾病和肾小球功能的重要调节因子(如肾小球过滤,肾血流,管状分泌物和重吸收),肾素 - 血管紧张素系统的关键组分,以及肾病的重要参与者。

这种方法的未来可能性是什么?

除了追踪肾脏疾病期间细胞迁移、命运改变、组织重塑的时间动态外,我们还可以使用连续MPM成像来了解疾病过程中细胞内和细胞间信号的变化。例如,我们实验室最近在足细胞中建立了基因编码的钙指示剂GCaMP3的细胞特异性表达小鼠的系列MPM成像。这种新方法使我们能够定量地观察在肾小球硬化和肾纤维化发展过程中足细胞的钙水平升高,以及它们在肾小球滤过、血管通透性和足细胞损伤和病理传播的病理改变中的作用。

本文描述了该技术进步,体内泛粒细胞钙成像目前在临床调查杂志中的压力机。结合肾脏结构和功能的串行MPM成像,基于新型CRE / LOX的转基因方法将帮助我们在将来的工作中专门标记,操纵(消融)细胞体内在完整的肾脏中,特异性敲除特定细胞类型中的特定基因(条件敲除小鼠),并分析它们在健康和疾病中的肾脏功能以及肾血管和肾小球重构中的作用。未来不断发展的成像技术和方法(如长波红外激光、超灵敏探测器、超分辨率纳米镜)的使用,有望进一步推动包括足细胞在内的许多肾脏细胞的活体功能成像的极限。

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