你怎么知道干细胞擅长数学呢?你可以看到它们乘法和除法!

血液生产是所有脊椎动物的一个基本过程,需要在生物体的整个生命周期中发生;红细胞需要将氧气运送到远处的组织,血小板需要在受伤后止血,还有大量的其他血细胞不断地保护身体免受外来入侵者的侵害。这一过程受到严密的分子控制,因为血液生成过少或过多都对机体有害。产生血液的关键细胞是造血干细胞(hsc);它们在胚胎发育过程中出现,并负责这种持续的血液生产。造血干细胞有一个独特的特点,即能够产生更多的自身(因此造血系统永远不会耗尽),还能产生其他的血液祖细胞,最终形成成熟的血细胞。

图1所示。计数发育中的胚胎中的血祖细胞。胚胎被酶消化(1),所有细胞被镀在甲基纤维素中,这是一种只允许血细胞生长的粘性介质(2,3)。7天后,可以计数菌落,这表明胚胎中最初存在的血祖细胞的数量(4)。如果需要,这些菌落可以从甲基纤维素中分离出来进行进一步研究。

造血干细胞及其下游祖细胞在治疗上是重要的,因为它们是血液系统再生的关键;这些细胞的缺陷导致血细胞缺乏,导致贫血或中性粒细胞减少症等疾病,它们也导致白血病,一种严重的血癌。由于这一事实,该领域的一大焦点是确定可用于制造新祖细胞或分离、修复和扩增患者现有祖细胞的分子信号。为了做到这一点,科学家们转向易于研究和操作的动物系统,但仍然与人类足够相似,具有临床意义。一种常用的动物系统是斑马鱼(鲐鱼类).斑马鱼在体外发育,并且是透明的,因此科学家可以在显微镜下实时观察血液的发育。斑马鱼每次产卵都会产生数百个后代,这些后代可以被收集、操纵和研究。它们的血液系统与人类非常相似,因此在斑马鱼身上的发现与人类健康有关。由于这些原因,科学家们利用斑马鱼进行大规模的实验筛选,希望找到影响血液祖细胞数量的化合物和基因。事实上,许多化合物已经通过这种方式被鉴定出来,并正在人体临床试验中进行测试。

观察祖先是困难的,需要昂贵的设备,而且是费时的。因此,我们开发了一种更快、更容易、更便宜的检测方法,希望更多的科学家能够测试他们喜欢的药物化合物(或修改他们喜欢的基因),看看它对血液祖细胞的影响。基本上,你所要做的就是消化胚胎,给它合适的生长条件,等待一周,让祖细胞生长和分裂(图1)。在那之后,你可以计算细胞数量,看看鱼体内有多少祖细胞;一个菌落来自单个祖细胞。通过这种方式,你可以很容易地用药物治疗胚胎或修改特定基因,然后再进行检测,看看这种变化是否会影响祖细胞的数量。

总的来说,这份手稿描述了(以及相关的视频直观地展示了)科学家如何计数血液祖细胞。我们希望这种简单、廉价的检测方法将有助于进一步发现有助于开发治疗人类血液疾病的方法。

凯丽·格里芬,伊利亚娜·卡加斯,斯蒂芬妮·阿吉亚,斯凯拉·托马塞蒂,大卫·斯塔丘拉
加州州立大学奇科分校生物科学系,奇科,加州,美国

出版

斑马鱼胚胎造血干细胞和祖细胞(HSPCs)体外定量测定方法的建立。
Berrun AC, Stachura DL
J Vis Exp. 2017 11月30日
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