活肺组织中细胞与细胞外基质相互作用的三维分析
2018年10月5日

生理学

Gerald Burgstaller and colleagues,Comprehensive Pneumology Center (CPC), Helmholtz Zentrum München

细胞外基质(ECM)为组织和器官中的细胞提供结构和支持,在细胞发育、组织修复和疾病中发挥关键作用。然而,科学家们并不完全了解这种相互作用的本质。来自Helmholtz Zentrum München的 Gerald Burgstallery领导研究人员正在使用去细胞的肺组织支架和Imaris软件来更多地了解ECM 在各种微环境中是如何影响肺细胞的。

为了研究ECM 如何与细胞相互作用,研究人员分别从患病小鼠和健康小鼠身上获得去细胞的离体肺组织支架,构建了一种独特的三维ECM 模型。随后,他们在支架中重新接种了ECM 的主要制造者——纤维母细胞。研究人员使用Imaris 观察并分析了各种ECM 微环境下接种的细胞,包括肺泡区、呼吸道、血管、间皮以及肺气肿或纤维化的ECM 微环境。

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研究人员使用Imaris对重新填充了肺纤维母细胞的去细胞化的肺气肿老鼠肺切片进行了Surface 渲染。5天之后,将这些细胞固定并用phalloidin染色。图片由来自Helmholtz Zentrum München的GeraldBurgstaller提供。

“Imaris是我们日常工作的主力”,Burgstaller说,“我们用它来描述庞大的4D数据集,通过Surface 渲染肺组织和细胞,使用Spots量化细胞迁移与侵袭,测量单个细胞的形态特征。”

获得重新填充细胞的三维视图

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图中的Surface 渲染显示了一个被重新填充到肺泡微环境中的细胞的形态。这个细胞使用了空的EGFP载体进行转染。图为共聚焦拍摄的z轴序列图像。图片由来自Helmholtz Zentrum MünchenGerald Burgstaller提供。

通过ImarisSurface 工具渲染三维共聚焦z-stacks图像,研究人员向我们展示了纤维母细胞不仅填充在去细胞的肺支架表面,并且也填充进支架的内核。他们还观察到纤维母细胞能 “自动导航” ECM 间隙。纤维母细胞通常存在于肺部间隙,位于血管的上皮层和内皮细胞之间。

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图中为重新填充在肺泡中的细胞于不同角度下的Surface 渲染效果。图片由来自Helmholtz Zentrum München的GeraldBurgstaller提供。

研究人员使用Imaris的Spots功能来定量细胞迁移,结果显示肺组织内不同的ECM 位点对细胞迁移有不同的影响。该分析还表明,重新接种的纤维母细胞在纤维化和肺泡微环境中的迁移明显减缓。

获得更真实的数据

这一新的ECM 模型可被用于各种研究。例如,它们能改善药物发现和机理研究。使用ECM 培养的细胞能够更好地模拟体内或原位环境,因此与使用平面塑料皿上培养的细胞相比,能提供更多的信息和揭示不同的信号通路。了解细胞在去细胞化的肺支架中的行为,也可揭示使用干细胞填充去细胞化的肺支架能否为移植肺提供一种可行的设计方案。

下一步,研究人员正在使用Imaris来协助他们的工作,以找出在肺的ECM 中不同位点所见的细胞行为差异所涉及的机制。他们计划尝试分离某些ECM 位点,以创建一个用于研究细胞行为的独特系统。

 

Research paper: 

Burgstaller G, Sengupta A, Vierkotten S, Preissler G,Lindner M, Behr J, Königshoff M, EickelbergO. 2018. Distinct niches within the extracellular matrix dictate fibroblastfunction in (cell-free) 3D lung tissue cultures. Am J Physiol Lung Cell MolPhysiol. doi: 10.1152/ajplung.00408.2017

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