痴呆症的早期症状通常表现为局部炎症细胞的激活、微血管系统的变化以及特定大脑区域的小规模初步淀粉样蛋白斑块的形成。这些微小的区域变化往往难以通过传统的组织学方法进行识别,从而制约了疾病早期阶段的诊断和治疗。近年来,组织透明化技术的进步使得对小鼠器官、全身乃至整个解剖结构进行荧光成像成为可能。这项技术通过将组织处理至透明状态,再辅以激光扫描显微镜来展现细胞和亚细胞的细节,并结合人工智能进行图像分析,能够快速识别细微的细胞结构变化。
另一方面,空间蛋白质组学方法正在积极开发,但目前大多数技术要么限制于分析少于100种蛋白质,要么仅适用于二维样本。2022年12月,德国科学家Bhatia HS等人在《Cell》杂志上首次提出了一项具有突破性的研究,结合了完整器官和小鼠组织的透明化及超高灵敏度质谱(MS)蛋白质组分析,成功识别和分析了从小鼠或人类器官中提取的荧光标记的小靶区域,揭示了多种疾病模型中的初始病理事件的空间分子图谱。这一方法被称为透明化器官三维成像的MS(DISCO-MS)。
为了解决样本提取的问题,研究团队开发了(DISCO-bot),一种自动化的组织提取系统,可用于更具挑战性的样本提取,如整个成年小鼠及完整人类器官。本文以来自小鼠骨髓和人类心脏的免疫细胞富集组织为例,深入探讨了空间蛋白质组的异质性问题。
通过DISCO-MS,研究人员能够深入分析早期阿尔茨海默病(AD)的病理变化,如脑内淀粉样蛋白(Ab)斑块的积聚。利用5xFAD小鼠模型,研究团队能够无偏检测这些斑块并进行蛋白质组分析,揭示了在特定脑区形成初步斑块的主要区域,如海马后区和下皮带区。在疾病的进程中,这些区域的斑块数量会有所增加,提示着早期干预的重要性。
此外,为了处理大体积的样本,作者开发了DISCO-bot系统,使用活检针分离感兴趣的组织区域,并进行后续的蛋白质组学分析。通过实验,确认了该系统在2%琼脂糖包埋下的稳定性,更进一步优化了其与光片显微镜的配合。这一创新使得从透明化样本中提取组织区域成为可能,并且实现了对DISCO-MS的无损和重复利用,提高了样本分析的效率。
例如,在透明化的人类心脏的冠状动脉中,作者通过SHANEL技术进行研究,提取出与动脉粥样硬化相关的重要蛋白,这促进了对心脏疾病机制的理解,并为日后潜在的治疗方法奠定基础。
人生就是博-尊龙凯时通过这一系列的技术和方法,展现了组织透明化与空间蛋白质组学相结合的巨大潜力,为生物医学研究带来了新的希望。这项研究不仅能够加速对复杂生物过程的理解,为痴呆症等严重疾病的早期检测与干预提供了新思路,也符合未来精准医学的发展趋势。