Новый способ визуализации целых организмов в 3D привлекает внимание к ключевым пигментам цвета кожи

Чтобы понять биологические основы пигментации кожи и волос и связанных с ними заболеваний, таких как альбинизм или меланома, ученым и врачам необходима количественная трехмерная информация об архитектуре, содержании и расположении пигментных клеток. Исследователи из Медицинского колледжа Пенсильванского университета разработали новую технику, которая позволяет ученым визуализировать каждую клетку, содержащую пигмент меланин, в трехмерном изображении у рыбок данио.


Изучение меланина является сложной задачей, поскольку он блокирует свет, используемый в традиционной микроскопии. Поэтому исследователи обратились к рентгеновскому изображению, которое может проходить через оптически непрозрачное вещество, такое как меланин.

В 2019 году группа под руководством доктора Кейта Ченга, выдающегося профессора патологии, фармакологии, биохимии и молекулярной биологии, разработала «рентгеновскую гистотомографию» – клеточную форму компьютерной томографии в качестве метода исследования трехмерной архитектуры клеток. и ткани в биологических образцах с беспрецедентным разрешением и четкостью. Спенсер Кац, изучающий программу подготовки ученых-медиков из команды Ченга, модифицировал эту технику микро-КТ, чтобы специально исследовать меланин – пигмент, который ученые изучают при исследовании цвета кожи человека и меланоме, у целых рыбок данио.

Меланин – это пигмент от коричневого до черного, который придает рыбкам данио характерные полосы, а у людей темную кожу, и глаза. Более 15 лет назад Ченг и его лаборатория открыли ключевой ген в эволюции светлого цвета кожи у людей, изучая конкретную мутантную линию рыбок данио, золотую, с более светлыми полосами. Это открытие продемонстрировало актуальность моделей рыбок данио для изучения важнейших вопросов биологии и болезней человека, включая альбинизм и меланому.

Микро-КТ, как и КТ человека, использует серию рентгеновских лучей, сделанных под немного разными углами, для вычисления или реконструкции трехмерных представлений исходного объекта. Для микро-КТ образцы меньше, а разрешение, разработанное командой Ченга, в 2000 раз выше. Кац использовал серебро для окрашивания меланина, что позволило исследователям определить трехмерное местоположение и меланина при сканировании целых рыбок данио.

Для получения изображений лаборатория Cheng Lab в партнерстве с Дилвортом Паркинсоном из Advanced Light Source в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, где находится один из самых мощных источников синхротронного рентгеновского излучения в Америке, где он руководит ресурсом по микро-КТ. подходит для рентгеновской гистотомографии Ченга. Новая лабораторная детекторная система рентгеновского излучения была разработана для достижения беспрецедентного разрешения для образцов размером с целые биопсии рыбок данио или человека. Команда просканировала рыбок данио как с нормальной, так и с измененной пигментацией, включая золотую.

Исследователи смогли визуализировать каждую клетку, содержащую меланин, называемую меланоцитами, в рыбе и нанести на карту каждую из их позиций в 3D. Более того, они могли получить количественные измерения содержания меланина, что впервые позволило напрямую сравнить содержание меланина у нормальных и мутантных рыб. Они опубликовали результаты своего исследования в электронная жизнь.

Эта работа заложила основу для дальнейших исследований меланин-содержащих рака или меланом, которые обычно классифицируются по глубине инвазии опухолевых клеток. По словам Ченга, исследователя из Института рака штата Пенсильвания, существует ряд моделей меланомы у рыбок данио, которые можно изучить с помощью новой техники. Кац и Ченг сказали, что человеческие меланомы можно окрашивать серебром и таким же образом отображать изображения, чтобы более полно охарактеризовать опухолевые клетки и их расположение в опухолях. Они предсказывают, что ученые смогут, например, подсчитать количество опухолевых клеток с различными характеристиками и более точно изучить инвазию, центральную характеристику рака, помогая врачам принимать решения по прогнозу и лечению.

В будущем Cheng Lab продолжит разработку новых методов окрашивания и оптических методов для расширения применения гистотомографии. Это исследование представляет собой доказательство принципа того, как трехмерный вычислительный анализ организмов и тканей всего тела может быть выполнен с помощью микро-КТ, который может позволить гораздо более полное понимание функции генов.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments