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Le ossa trasparenti permettono ai ricercatori di osservare le cellule staminali dentro

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Dieci anni fa, le ossa attualmente nel vostro corpo realmente non sono esistito. Come pelle, l'osso sta rinnovandosi costantemente, sta spargendo il vecchio tessuto e sta coltivandolo di nuovo dalle cellule staminali nel midollo osseo.

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Ora, una nuova tecnica sviluppata a Caltech può rendere le ossa intatte trasparenti, permettendo che i ricercatori osservino queste cellule staminali all'interno del loro ambiente. Il metodo è un'innovazione per le prove delle droghe nuove per combattere le malattie come osteoporosi.

La ricerca è stata effettuata nel laboratorio di Viviana Gradinaru (BS “05), assistente universitario di biologia e ingegneria biologica e un ricercatore dell'istituto di ricerca medica di eredità. Compare in una carta nell'emissione del 26 aprile della medicina di traduzione di scienza.

In osso sano, un equilibrio delicato esiste fra le cellule che sviluppano la massa dell'osso e le cellule che ripartono il vecchio osso in un ciclo di ritocco continuo. Questo processo parzialmente è controllato dalle cellule staminali in midollo osseo, chiamato osteoprogenitors, che si sviluppano nell'osteoblasto o nei osteocytes, che regolano e mantengono lo scheletro. Per capire meglio le malattie come osteoporosi, che accade quando la perdita di massa dell'osso conduce ad un ad alto rischio delle fratture, è cruciale studiare il comportamento delle cellule staminali in midollo osseo. Tuttavia, questa popolazione è rara e non distribuita uniformemente in tutto l'osso.

«A causa dello sparsity della popolazione della cellula staminale nell'osso, è provocatorio estrapolare i loro numeri e posizioni appena da alcune fette di osso,» dice Alon Greenbaum, lo studioso postdottorale in biologia e ingegneria biologica ed il co-primo autore sulla carta. «Ulteriormente, affettare in osso causa il deterioramento e perde l'ambiente complesso e tridimensionale della cellula staminale dentro l'osso. Così c'è una necessità di vedere dentro il tessuto intatto.»

Per fare questo, il gruppo ha costruito sopra una tecnica chiamata CLARITY, originalmente sviluppata per il tessuto cerebrale eliminante durante il lavoro postuniversitario di Gradinaru a Stanford University. La CHIAREZZA rende i tessuti molli, quale il cervello, trasparente rimuovendo le molecole opache ha chiamato i lipidi dalle cellule mentre però fornendo il supporto strutturale da un'infusione di chiara maglia dell'idrogel. Il gruppo di Gradinaru a Caltech più successivamente ha ampliato il metodo per rendere tutto tessuto molle nel corpo di un topo trasparente. Il gruppo dopo ha precisato per sviluppare un modo rimuovere i tessuti duri, come l'osso che compone il nostro scheletro.

Nel lavoro descritto nella nuova carta, il gruppo ha cominciato con le ossa prese dai topi transgenici post mortem. Questi topi geneticamente sono stati costruiti per fare alle loro essere flourescente cellule staminali rosso in modo che potessero essere facilmente imaged. Il gruppo ha esaminato il femore e la tibia come pure le ossa della colonna vertebrale; ciascuno dei campioni era circa alcuni centimetri di lunghezza. In primo luogo, i ricercatori hanno rimosso il calcio dalle ossa: il calcio contribuisce ad opacità ed il tessuto dell'osso ha una quantità elevata di calcio molto che i tessuti molli. Dopo, perché i lipidi inoltre forniscono ai tessuti la struttura, il gruppo ha infuso l'osso con un idrogel che ha chiuso le componenti a chiave cellulari come le proteine e gli acidi nucleici nel posto ed ha conservato l'architettura dei campioni. Per concludere, un detersivo delicato è stato scorso in tutto l'osso per lavare via i lipidi, lascianti l'osso trasparente all'occhio. Per la rappresentazione le ossa rimosse, il gruppo hanno costruito un microscopio luminoso su ordinazione dello strato per visualizzazione veloce ed ad alta definizione che non avrebbe danneggiato il segnale fluorescente. Le ossa rimosse hanno rivelato una costellazione delle cellule staminali stanti flourescenti rosse dentro.

Il gruppo ha collaborato con i ricercatori alla società di biotecnologia Amgen per usare il metodo, ha nominato Bone CLARITY, provare una nuova droga sviluppata a trattare l'osteoporosi, che colpisce milioni di Americani all'anno.

«I nostri collaboratori a Amgen hanno inviato noi che un nuovo terapeutico che gli aumenti disossano di massa,» dice Ken Chan, il dottorando ed il co-primo autore della carta. «Tuttavia, l'effetto dei questi terapeutica sulla popolazione della cellula staminale era poco chiaro. Ragione per cui potrebbero aumentare la proliferazione delle cellule staminali.» Per provare questo, i ricercatori hanno dato ad un gruppo di topi il trattamento e, facendo uso di CHIAREZZA dell'osso, rispetto le loro colonne vertebrali alle ossa da un gruppo di controllo degli animali che non hanno ottenuto la droga. «Lo abbiamo visto che effettivamente c'era un aumento in cellule staminali con questa droga,» diciamo. «Le risposte della cellula staminale del monitoraggio a questi generi di droghe è cruciali perché gli aumenti iniziali nella proliferazione sono preveduti mentre il nuovo osso sta costruendo, ma la proliferazione a lungo termine può condurre a cancro.»

La tecnica ha domande di promessa di comprensione come le ossa interagiscono con il resto del corpo.

«I biologi stanno cominciando a scoprire che le ossa non sono appena supporti strutturali,» dice Gradinaru, che inoltre serve da direttore del centro per la neuroscienza molecolare e cellulare al Tianqiao e Chrissy Chen Institute per la neuroscienza a Caltech. «Per esempio, gli ormoni dall'osso inviare i segnali del cervello regolare l'appetito e lo studio dell'interfaccia fra il cranio ed il cervello è una parte vitale della neuroscienza. È la nostra speranza che la CHIAREZZA dell'osso contribuirà a rompere un nuovo terreno nella comprensione i funzionamenti interni di questi organi importanti.»