超分辨率成像可以比当前方法更快地映射关键细胞变化几天

由美国国立卫生研究院资助的科学家开发出了一种新方法，可以比以前更早地识别个体干细胞的状态和命运。干细胞是未分化的，用作身体各种组织和器官的构建块。了解干细胞的命运 - 它最终会变成的细胞类型 - 以及它在这个过程中的距离可以帮助科学家更好地操纵细胞进行治疗。

为了识别干细胞命运的这些信号，来自多所大学的跨学科团队合作使用超分辨率显微镜来分析表观遗传修饰。表观遗传修饰改变了DNA在细胞核内的包裹方式，使不同的基因可以被细胞内的基因表达机器所接近。虽然完整的过程仍然有些神秘，但科学家已经确定了一些表观遗传标记用于未决的基因表达。使用2017年1月4日“ 科学报告”中描述的新方法，该团队能够确定细胞在其他技术之前的命运。

“这个小组磨练并结合了几种技术，为评估干细胞命运提供了一种强大的新工具。” 美国国立卫生研究院国家生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB)组织工程与再生医学项目主任Rosemarie Hunziker博士说。“早期预测个体干细胞中的基因表达最终将帮助我们对它们进行分类并使用它们。”

评估干细胞状态的现有方法着眼于整个细胞群，但不足以识别单个细胞的命运。此外，当前的工具只能在游戏中相对较晚地识别这些命运决定。为了开发具有最大控制和灵活性的治疗方法，研究人员必须清楚细胞一旦移植到患者体内后如何进一步发育。理想的解决方案是预测特定基因或基因家族即将激活的技术，这反过来又导致细胞发挥特定功能。

在称为EDICTS(细胞过渡态的Epi标记描述成像)的新方法中，研究人员标记了表观遗传修饰，然后以超分辨率对细胞成像，以查看标记的精确位置。

罗格斯大学生物医学工程杰出教授，该论文的高级作者Prabhas Moghe博士说：“我们能够划分和捕捉这些细胞的变化，这些变化实际上并没有通过既定技术来区分。” 他将这种方法描述为“对细胞内脏进行指纹识别”; 结果是每个细胞组织的可量化描述符，甚至揭示了特定修饰如何在整个细胞核中分布。

该团队通过测量实验室培养的人类干细胞细胞核中的两种表观遗传修饰来证明该方法的能力。他们添加了化学物质，诱使一些细胞成为脂肪细胞而其他细胞成为骨骼，而另一组成为对照。在三天内，注定不同命运的细胞在细胞内的不同位置显示出修饰。这些变化使研究人员有机会在传统方法可以做出这种区分之前几天区分细胞类型。

该技术具有查看单个细胞内区域变化的特异性，而现有技术只能测量整个细胞群中的总修饰水平。“水平没有显着差异，但它们的组织结构是不同的，这似乎与这些细胞实际上表现出不同命运的事实相关，”Moghe说。“它允许我们从不同细胞群体中取出一个细胞”，这可以帮助研究人员选择特定细胞用于不同的干细胞应用。

Moghe说，这种方法的美妙之处在于它的简洁性和多功能性。它就像标记，染色和成像细胞一样容易，这是许多研究人员已经熟悉的技术。随着能够进行超分辨率成像的显微镜变得更加广泛，科学家可以使用它来分类和筛选不同类型的细胞，了解特定药物如何破坏表观遗传信号，或确保植入的干细胞不会有转化的风险进入错误的细胞类型。“它将迎来下一波研究和发现，”莫格说。