Новости

14

Стволовые клетки - визуализация.

posted on
Стволовые клетки - визуализация.
Это работа “стволовых клеток взрослого организма”. Эти клетки покоятся в укромных уголках и закоулках органов, ожидая сигнала для начала деления и дифференцировки.
За гранью эмбриона
Автор: Thomas Deerinck, NCMIR, UCSD

Даже после окончания эмбрионального развития, тканям все равно необходимо регулярное “техническое обслуживание”. Это работа “стволовых клеток взрослого организма”. Эти клетки покоятся в укромных уголках и закоулках органов, ожидая сигнала для начала деления и дифференцировки.

Изображение: Срез кишечника мыши, визуализированный с помощью широкопольной мультифотонной микроскопии. Актин (зеленый) и ламин (красный) помечены антителами с квантовыми точками (QD 525 и QD 655, соответственно); ядра показаны синим цветом.
 
В основании каждой ворсинки располагается узкая трубчатая структура - крипта (оранжевая), в которой располагаются мультипотентные стволовые клетки. Эти клетки ежедневно делятся, посылая свое потомство вверх по крипте и ворсинке на смену клеткам, которые постоянно слущиваются во время пассажа пищи по кишечнику.
Стволовые клетки кишечника
Автор: Paul Appleton, University of Dundee

Эпителий тонкого кишечника - ткань, имеющая наибольшую скорость самообновления у млекопитающих. В основании каждой ворсинки располагается узкая трубчатая структура - крипта (оранжевая), в которой располагаются мультипотентные стволовые клетки. Эти клетки ежедневно делятся, посылая свое потомство вверх по крипте и ворсинке на смену клеткам, которые постоянно слущиваются во время пассажа пищи по кишечнику.

Изображение: 3D-модель крипт тонкого кишечника мыши. Просвет крипты (оранжевый) окружен эпителиальными клетками (синие). Изображение получено с помощью мультифотонного микроскопа Biorad Radiance 2100MP, работающего на основе инвертированного микроскопа Nikon Eclipse TE2000-U. Мультифотонное возбуждение, вызвано когерентным титан-сапфировым лазером Chameleonс с длиной волны 790 нм. Ядра окрашены синим с помощью флуоресцентного красителя DAPI, а F-актин окрашен в оранжевый с помощью родамин-фалоидина.
 
 стволовые клетки. Располагающаяся в основании волосяного фолликула популяция стволовых клеток окутывает его, формируя нишу. Подобно стволовым клеткам кишечника, они мультипотентны и имеют высокий пролиферативный потенциал. В трансплантатах эти клетки обеспечивают регенерацию не только потерянных волос, но также сальных желез и эпидермиса
Борьба с облысением

Авторы: Valentina Greco Laboratory, Yale School of Medicine

Волосяной покров человека каждый день теряет примерно 50-100 волосков. Что же предотвращает облысение? Конечно же, стволовые клетки. Располагающаяся в основании волосяного фолликула популяция стволовых клеток окутывает его, формируя нишу. Подобно стволовым клеткам кишечника, они мультипотентны и имеют высокий пролиферативный потенциал. В трансплантатах эти клетки обеспечивают регенерацию не только потерянных волос, но также сальных желез и эпидермиса.

Изображение: Отдельные волосяные фолликулы в коже хвоста мыши визуализированы с помощью конфокального микроскопа Zeiss LSM510. Стволовые клетки помечены зеленым при помощи ретенции H2BGFP, а все остальные клетки окрашены в красный мембранным красителем FM464. Это кадр получен благодаря 3D реконструкции наложенных по оси z изображений (~120 микрон), полученных при двадцатикратном увеличении (Zeiss Software).
 
 Во время фазы роста стволовые клетки валика (красные) быстро делятся и вносят свой вклад в рост волоса (у человека - около 1 см в месяц). Затем фолликул переходит в фазу покоя, в которой стволовые клетки прекращают деление и рост останавливается.
Волосы
Авторы: Elizabeth Deschene, Valentina Greco Laboratory, Yale School of Medicine

Волосы млекопитающих циклически сменяют фазу активного роста (анаген) на фазу покоя (телоген). Во время фазы роста стволовые клетки валика (красные) быстро делятся и вносят свой вклад в рост волоса (у человека - около 1 см в месяц). Затем фолликул переходит в фазу покоя, в которой стволовые клетки прекращают деление и рост останавливается.

Изображения: 
Слева: Волосяной фолликул мыши в фазу роста, визуализированный с помощью иммуногистохимических методов. Эпителиальные клетки экспрессируют гистон H2B, связанный GFP, помечая их зеленым цветом. Активно пролиферирующие клетки помечены красным с помощью антител к белку пролиферации, Ki67; DAPI окрашивает ядра в синий цвет.

Справа: Волосяной фолликул мыши в фазу покоя, визуализированный с помощью иммуногистохимических методов. Эпителиальные клетки (зеленые) экспрессируют комплекс H2B-GFP. На этом срезе ткани видны два пространства: эпителиальные стволовые клетки валика (помеченные красным с помощью антител к трансмембранному белку CD34) и потомство стволовых клеток в ростке волоса (помеченные синим с помощью антитела к P-Кадгерину - молекуле клеточной адгезии).
 
Открытие нейрональных стволовых клеток с возможностью к самообновлению и мультипотентностью коренным образом изменило эту позицию, и теперь общепризнано, что формирование нейронов продолжается и во взрослом возрасте. Нейрогенез у взрослых происходит в двух основных локациях: обонятельной луковице и центральной части гиппокампа - зубчатой извилине (показана слева)
Не рожден таким

Автор: Thomas Deerinck, NCMIR, UCSD

На протяжении десятилетий исследователи полагали, что деление нейронов прекращается в раннем возрасте, оставляя взрослому мозгу фиксированное число нейронов. Открытие нейрональных стволовых клеток с возможностью к самообновлению и мультипотентностью коренным образом изменило эту позицию, и теперь общепризнано, что формирование нейронов продолжается и во взрослом возрасте. Нейрогенез у взрослых происходит в двух основных локациях: обонятельной луковице и центральной части гиппокампа - зубчатой извилине (показана слева)

Изображение: Широкопольная мультифотонная флюоресцентная микроскопия гиппокампа крысы, окрашенная с выделением глии (циановая), нейрофиламентов (зеленые) и ядер клеток (желтые) Изображение создано как часть проекта по картированию мозга - Whole Brain Catalog.
 
В гиппокампе слой нейрональных стволовы клеток (зеленые) располагается под своим потомством - гранулярными нейронами (красные). При активации внешними стимулами они начинают митоз и образуют клетки-предшественники нейронов, которые со временем созревают в нейроны и мигрируют в верхний слой. Число нейрональных стволовых клеток в гиппокампе со временем уменьшается, что, возможно, способствует развитию когнитивных нарушений, связанных со старением.
Нейрональные стволовые клетки

Авторы: Ann-Shyn Chiang and Grigori Enikolopov, National Tsing Hua University, Taiwan and Cold Spring Harbor Laboratory

В гиппокампе слой нейрональных стволовы клеток (зеленые) располагается под своим потомством - гранулярными нейронами (красные). При активации внешними стимулами они начинают митоз и образуют клетки-предшественники нейронов, которые со временем созревают в нейроны и мигрируют в верхний слой. Число нейрональных стволовых клеток в гиппокампе со временем уменьшается, что, возможно, способствует развитию когнитивных нарушений, связанных со старением. Существует гипотеза, что после быстрой серии делений эти нейрональные стволовые клетки исчезают, преобразуясь в астроциты.

Изображение: Срез гиппокампа мыши, визуализированный конфокальным микроскопом Zeiss LSM 50 с 40Х водно-иммерсионной объективной линзой C-Apochromat (Значение числовой апертуры 1.2, рабочее расстояние 220 микрон) при увеличение 62х. Срезы мозга фиксированы в 4% растворе параформальдегида, помечены иммуногистохимическими методами и очищены с помощью FocusClear (CelExplorer, Тайвань). 
 
При культивировании с помощью факторов роста in vitro нейрональные стволовые клетки генерируют нейроны (красные), а также обеспечивающие их жизнедеятельность клетки - астроциты (зеленые) и олигодендроциты. В культуре нейрональные стволовые клетки группируются в шароподобные кластеры, которые называются нейросферами (внизу слева). Нейросферы представляют большой интерес для исследователей из-за своего потенциала восстанавливать и замещать нейроны, потерянные при травматическом поражении мозга и нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.
Нейронный трубопровод

Автор: Yvonne Nolan, Louise Collins, Suzanne Crotty, University College Cork, Ireland

При культивировании с помощью факторов роста in vitro нейрональные стволовые клетки генерируют нейроны (красные), а также обеспечивающие их жизнедеятельность клетки - астроциты (зеленые) и олигодендроциты. В культуре нейрональные стволовые клетки группируются в шароподобные кластеры, которые называются нейросферами (внизу слева). Нейросферы представляют большой интерес для исследователей из-за своего потенциала восстанавливать и замещать нейроны, потерянные при травматическом поражении мозга и нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.

Изображение: Нейросфера (внизу слева) получена из нейрональных стволовых клеток, извлеченных из среднего мозга эмбриона мыши. После семидневного роста и пролиферации клеток они были визуализированы с помощью конфокальной микроскопии. Клетки, дифференцированные в нейроны, помечены красным с помощью антител к βIII-тубулину, в то время как астроциты помечены зеленым с помощью антител к глиальному фибриллярному кислому белку (GFAP) - промежуточному филаменту, специфичному для астроцитов. Все ядра окрашены в синий цвет бисбензамидом.
 
Маленький пресноводный червь - планария (синяя) - является фаворитом исследователей благодаря способности к полной регенерации своего тела даже в тех случаях, когда его разрезают на мелкие кусочки величиной в 1/300 от первоначального размера. Эта регенеративная способность обусловлена особой популяцией зрелых стволовых клеток - необластов (красные), которые способны заменить любой тип клетки в организме животного. Недавно Вагнер и соавторы (2011) показали, что один единственный трансплантированный необласт имеет потенциал к регенерации всего организма животного, доказывая тем самым, что необласты на самом деле являются плюрипотентными стволовыми клетками, сохраняющимися во взрослом возрасте.
Регенерация организма

Автор: Daniel Wagner, Whitehead Institute for Biomedical Research, MIT

Маленький пресноводный червь - планария (синяя) - является фаворитом исследователей благодаря способности к полной регенерации своего тела даже в тех случаях, когда его разрезают на мелкие кусочки величиной в 1/300 от первоначального размера. Эта регенеративная способность обусловлена особой популяцией зрелых стволовых клеток - необластов (красные), которые способны заменить любой тип клетки в организме животного. Недавно Вагнер и соавторы (2011) показали, что один единственный трансплантированный необласт имеет потенциал к регенерации всего организма животного, доказывая тем самым, что необласты на самом деле являются плюрипотентными стволовыми клетками, сохраняющимися во взрослом возрасте.

Изображение: Участок головы взрослой особи планарии визуализирован с помощью конфокального микроскопа (Zeiss LSM 700). Растущая колония делящихся клеток, берущая начало от одного единственного необласта, помечена красным с помощью гибридизации smedwi-1 мРНК in situ. Ядра окрашены в синий цвет с помощью Hoechst.
 
Разработка человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), благодаря их замечательной способности производить неограниченное количество клеток человека любых типов, открыла новые просторы для исследований. Прежде всего, ученые теперь могут изучать развитие и функцию живых нейронов человека, что для большинства из них ранее было недоступно.
Цветки нейронаук

Авторы: Yichen Shi and Rick Livesey, Gurdon Institute, University of Cambridge

Разработка человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), благодаря их замечательной способности производить неограниченное количество клеток человека любых типов, открыла новые просторы для исследований. Прежде всего, ученые теперь могут изучать развитие и функцию живых нейронов человека, что для большинства из них ранее было недоступно.

Изображение: Нейрональные стволовые клетки (красные), полученные из иПСК, формируют поляризованные клеточные розетки с митотическими стволовыми клетками в центре. Розетки имитируют поляризованный нейроэпителий, который формируется во время эмбрионального развития in vivo, и делают возможными клеточные исследования нейрогенеза переднего мозга человека. Эти иПСК запрограммированы на дифференцировку в стволовые клетки коры мозга - интегративный и исполнительный центр мозга человека. Нейрональные стволовые клетки помечены красным с помощью антитела к Pax6, делящиеся стволовые клетки помечены белым с помощью антитела к фосфогистону H3. Гамма-тубулин помечен зеленым, видна верхушечная поверхность стволовых клеток. Изображение получено с помощью конфокальной микроскопии.
 
Многообещающее применение человеческих иПСК - изучение молекулярных механизмов сложных заболеваний, для которых не подходят животные модели, например: заболевания неврологического и психиатрического профилей. С помощью иПСК ученые могут создавать нейроны с точными генотипами пациентов. Например, недавно Муорти с соавторами и Бреннанд с соавтоами создали из иПСК нейроны пациентов с синдромом Ретта и шизофренией, соответственно. Стоит отметить, что в обоих случаях, нейроны этих пациентов имели фенотип заболевания, который можно лечить известными методами.
Взгляд в будущее

Автор: Kristen Brennand, Salk Institute for Biological Studies

Многообещающее применение человеческих иПСК - изучение молекулярных механизмов сложных заболеваний, для которых не подходят животные модели, например: заболевания неврологического и психиатрического профилей. С помощью иПСК ученые могут создавать нейроны с точными генотипами пациентов. Например, недавно Муорти с соавторами и Бреннанд с соавтоами создали из иПСК нейроны пациентов с синдромом Ретта и шизофренией, соответственно. Стоит отметить, что в обоих случаях, нейроны этих пациентов имели фенотип заболевания, который можно лечить известными методами.

Изображение: Нейроны, полученные от пациентов с шизофренией, визуализированы с помощью конфокальной микроскопии при увеличении 400Х. Полученные из иПСК нейроны экспрессируют βIII-тубулин (красный) и дендритный маркер MAP2AB (зеленый). DAPI окрашивает ядра в синий цвет.
 

 

| Categories: | Tags: стволовые клетки, типы стволовых клеток, визуализация, изображение | Comments: (0) | View Count: (433) | Return
0 ( 0 reviews)

Post a Comment