隨著我們的身體在整個童年和青春期成長，我們最終的身高和骨骼的形狀在很大程度上取決于生長板——長骨兩端的新生長區(qū)域，例如手臂、腿、手和腳的區(qū)域。這些區(qū)域擴大，由它們構(gòu)成的軟骨逐漸硬化成實體組織，從而增加骨骼的長度和寬度。魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員開發(fā)了一種方法，可以首次從三個維度檢查生長板的細胞構(gòu)成。該方法使人們對健康骨骼的生長以及這種生長在侏儒癥中可能被破壞的方式有了新的認識。
近一個世紀前，研究骨骼生長的科學(xué)家就已經(jīng)談到需要關(guān)注長骨兩端軟骨細胞的變化。這些細胞創(chuàng)造了一種模板，后來被礦化的骨組織取代，這些細胞中的偏離可能預(yù)示著未來的麻煩。“如果軟骨異常，最終會出現(xiàn)異常骨骼——它可能太短、太長或變形，”研究小組負責人、分子遺傳學(xué)系的 Elazar Zelzer 教授解釋說。
然而，還沒有有效的方法來跟蹤軟骨細胞在生長板內(nèi)經(jīng)歷的過程。檢查這些細胞的方法提供了二維圖像，讓研究人員只能部分了解細胞的體積和空間排列。此外，高分辨率方法產(chǎn)生了詳細的圖像，但只是生長板的一小部分，因此缺少完整的圖片。
Zelzer 實驗室的博士生 Sarah Rubin 領(lǐng)導(dǎo)了這項新研究，在該研究中，她和其他科學(xué)家創(chuàng)建了一種多步驟方法 3D MAP，用于在三維空間中探索數(shù)十萬個軟骨細胞。首先，科學(xué)家們用化學(xué)物質(zhì)處理生長板組織，使其透明，這樣他們就可以使用一種稱為光片顯微鏡的技術(shù)獲得圖像。然后，他們將圖像切成段，并應(yīng)用一系列算法來表征每個橫截面中的細胞。最后，他們將細胞映射回完整圖像，獲得整個生長板的高分辨率 3D 地圖，顯示所有軟骨細胞的形狀和大小，以及它們的空間方向和組織。
該方法以前所未有的細節(jié)顯示了生長板內(nèi)細胞發(fā)生的情況，并且已經(jīng)推翻了先前關(guān)于骨骼生長的假設(shè)。眾所周知，骨骼兩端的軟骨細胞不斷變化，因此“最古老”的軟骨細胞——即最接近骨骼中部的軟骨細胞——處于轉(zhuǎn)化的最后階段。在之前的研究中，這些“最古老”的細胞看起來比前一階段的細胞大近十倍。但是當科學(xué)家使用 3D MAP 觀察生長板時老鼠，他們發(fā)現(xiàn)這種假設(shè)的大小跳躍實際上是二維成像失真造成的錯覺。相反，細胞大小的增加是相對漸進的，其中大部分發(fā)生在細胞轉(zhuǎn)化的下一個階段。
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