Nature：X射線新技術(shù)成像活體胚胎
來(lái)源：ebiotrade
生物學(xué)家一直希望在活體內(nèi)，以亞細(xì)胞的分辨率觀察胚胎結(jié)構(gòu)的變化，以分析細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中的行為。重要的形態(tài)發(fā)生運(yùn)動(dòng)貫穿著整個(gè)胚胎發(fā)育階段，特別是當(dāng)原腸胚形成時(shí)，發(fā)生了一系列劇烈而協(xié)調(diào)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)胚胎形成復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。
此前，人們已經(jīng)通過(guò)熒光顯微鏡、核磁共振成像等技術(shù)，對(duì)非洲爪蟾和斑馬魚胚胎進(jìn)行了體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分析了發(fā)育階段細(xì)胞和組織的運(yùn)動(dòng)。但這些技術(shù)無(wú)法在不透明的活體胚胎中，成像高分辨率的細(xì)胞行為。
為此，卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology）的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新型X射線技術(shù)，他們通過(guò)這一技術(shù)獲得了一系列非洲爪蟾（Xenopus laevis）胚胎發(fā)育的高分辨率圖像，并通過(guò)三維重建揭示了活體胚胎約兩小時(shí)的發(fā)育過(guò)程，展現(xiàn)了胚胎中各個(gè)細(xì)胞的活動(dòng)，文章發(fā)表在本周的Nature雜 志上。傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)以X射線的吸收為基礎(chǔ)，而這一新技術(shù)是基于X射線的衍射。
研究人員表示，X射線衍射可以對(duì)軟組織進(jìn)行高分辨率的成像。科學(xué)家利用這一技術(shù)，不僅能夠?qū)蝹€(gè)細(xì)胞及其結(jié)構(gòu)組分進(jìn)行解析，還可以觀察到單個(gè)細(xì)胞的遷移和細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)。
這種基于X射線衍射的新方法，能通過(guò)折射率的變化來(lái)區(qū)分類似的組織。不過(guò)，這一技術(shù)與傳統(tǒng)的X射線吸收型成像不同，不僅不需要造影劑，X射線的量也大大減 少。這在檢測(cè)活體生物的敏感組織時(shí)特別有優(yōu)勢(shì)，例如非洲爪蟾的胚胎。研究人員利用這種新技術(shù)，在非洲爪蟾胚胎中分析了原腸胚形成時(shí)，各組織、腔室和細(xì)胞的 運(yùn)動(dòng)和形態(tài)變化。
由數(shù)百個(gè)細(xì)胞組成的簡(jiǎn)單球形胚胎，在原腸胚形成階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)，其中已分化的組織會(huì)最終成為神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉和各種內(nèi)部器官。就如著名發(fā)育生物學(xué)家 Lewis Wolpert 所說(shuō)，原腸胚形成是生命中最重要的事件。
這項(xiàng)研究首次向人們展示了，活胚胎中細(xì)胞的相互作用，以及空腔的形成和消失過(guò)程。研究人員表示，細(xì)胞在遷移過(guò)程中形成功能性的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的改變。在遷移過(guò)程中，細(xì)胞特化成為未來(lái)器官的前體組織。
這項(xiàng)研究為人們提供了胚胎發(fā)育中重要的形態(tài)學(xué)和動(dòng)態(tài)信息，定位了驅(qū)動(dòng)組織和細(xì)胞遷移的核心區(qū)域。研究人員還指出，將野生型胚胎與突變體進(jìn)行比較，能夠揭示上述動(dòng)態(tài)中的分子機(jī)制。非洲爪蟾是最重要的發(fā)育生物學(xué)模型之一，可以幫助人們進(jìn)一步理解人類胚胎形成和相關(guān)疾病。
原文檢索：
Julian Moosmann, Alexey Ershov, Ralf Hofmann. X-ray phase-contrast in vivo microtomography probes new aspects of Xenopus gastrulation. Nature, 15 May 2013; doi:10.1038/nature12116
