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'Oosight'显微镜使胚胎干细胞突破

海洋生物实验室(MBL)发明的无创偏振光显微镜在最近旨在开发医学疗法的胚胎干细胞研究的突破中发挥了至关重要的作用。

由俄勒冈健康与科学大学的Shoukhrat Mitalipov博士领导的一个小组在11月22日出版的“自然”杂志上报道了克隆猴胚胎干细胞的成功推导。虽然胚胎干细胞是由小鼠克隆胚胎制成的,但这是他们第一次在灵长类动物中生产。

在人类中,这种用于获得干细胞的方法是制造与患者在遗传上相同的“定制”组织的潜在方式,这将避免患者的免疫系统的排斥。理论上,干细胞可以被诱导成为任何类型的细胞,组织或器官。然而,近年来,一些研究人员声称使用这种方法(体细胞核移植或治疗性克隆)从猴子或人类制造胚胎干细胞在技术上是不可能的。

他说,Mitalipov的干细胞衍生成功,很大程度上归功于Woburn Mass。的剑桥研究与仪器公司(CRi)开发的Oosight™显微镜系统,采用了MBL由资深科学家Rudolf Oldenbourg博士发明的技术。 ,研究员广梅,博士。前MBL研究科学家David L. Keefe博士和Lin Liu博士都在MBL的复制前沿课程中任教,他们与Oldenbourg合作,使该技术适用于体细胞核移植和胚胎学。

“使用Oosight是我们目前工作中的主要修改之一,”Mitalipov说。

Oosight允许Mitalipov的团队清楚地看到并从304只雌性恒河猴卵中移除减数分裂纺锤体。这是治疗性克隆的第一步,称为去核。接下来,他们将成年雄性恒河猴的皮肤细胞中的遗传物质插入卵中,使其生长至胚泡期。从这些克隆的胚胎中,研究人员获得了两种与成年雄性猴在遗传上相同的干细胞系。

“我们很高兴Oosight为去除猴子蛋而工作,”Keefe说。“我们已经在2000年的MBL上展示过Oldenbourg博士开发的技术促进了小鼠卵子的无创性去核。”当时,Keefe在MBL设立了一个研究实验室,并在罗德岛普罗维登斯的妇女和婴儿医院指导了生殖医学和不孕症科.Keefe目前是南佛罗里达大学妇产科教授和主任。医学。

“之前,问题始终是你无法看到鸡蛋中的心轴,”Mitalipov说。“看到它的唯一方法是用染料染色它。而且,我们发现,它对蛋的质量非常不利。”Oosight采用液晶偏振光技术,无创地对主轴进行成像,具有高对比度和高质量。

“实际上你可以用Oosight显微镜观察主轴,用眼睛看主轴,不要冻结成电脑屏幕图像,”Mitalipov说道,这对下一步至关重要:将主轴从蛋中取出。“你不能在看电脑屏幕时操纵鸡蛋。你必须看看鸡蛋.Oosight,加上非常熟练的鸡蛋微操作,给我们100%的成功率去核。”

Oosight基于技术,这是由杰出科学家ShinyaInoué开创的数十年MBL研究的结果。在20世纪50年代,Inoué是第一批广泛使用偏振光显微镜观察细胞双折射成分的细胞学家之一,这使他在1951年发现了活细胞中减数分裂纺锤体纤维的里程碑。他后来表明,纺锤体纤维的动态分解可以产生力,在有丝分裂或减数分裂期间将染色体移向细胞的两极。

1957年,Inoué在他的定制显微镜上增加了一个偏振整流器,大大减少了失真并改善了图像的对比度。Rudolf Oldenbourg在20世纪90年代中期进一步改进了偏光显微镜,增加了带有电光控制和软件的液晶。这个版本称为LC-PolScope,可以在显微镜的整个视野​​范围内同时测量每个分辨样本点的双折射。传统模型一次只能测量样品的单个点。LC-PolScope继续进行改进和扩展,用于MBL的活细胞成像。其技术正在通过剑桥研究与仪器公司的不同应用领域进行调整,并以Oosight和Abrio等商标出售。

在20世纪90年代中期,David Keefe在MBL建立了一个实验室,以便与Oldenbourg和Inoué合作。Keefe有兴趣了解非侵入性LC-PolScope是否可用于临床环境,以便在体外受精过程之前评估人类卵子的质量,从而减少无创胚胎的数量;并提高动物治疗性克隆的效率。

“当我在20世纪80年代中期在耶鲁大学接受培训时,我们是第一批使用超声波评估子宫内婴儿健康状况的地方之一,”基夫说。“作为MBL生理学课程的学生,我了解了Inoué和Oldenbourg博士的作品,并意识到我们可以使用偏光显微镜在发育过程中更早地评估健康状况 - 回到开始时,在蛋阶段 - 不会伤害鸡蛋,“基夫说。

使用LC-PolScope,Keefe,Oldenbourg和合作者首次报道了1997年鸡蛋透明带的双折射层。2000年,Lin Liu,Keefe,Oldenbourg和合作者报告说,偏光显微镜也有助于去除小鼠卵子,体细胞核转移过程中的关键步骤,并提出这种方法将提高治疗性克隆的效率和安全性(Nature Biotech.18:223-225)。

LC-PolScope于1999年首次商业化为SpindleView,后来于2005年作为Oosight进行商业化,MBL副研究员Michael Shribak博士对快速观看进行了改进。Oosight具有与LC-PolScope相同的光学元件和算法,但它可以简化日常操作。虽然偏光显微镜目前在世界各地的不孕症诊所使用,并被提议作为克隆研究的辅助手段,但它的实际应用到克隆研究直到Mitalipov等人最近的Nature论文才被认可。

“在精神和应用方面,Oosight真正扩展了ShinyaInoué在20世纪50年代的起步,”Oldenbourg说。“大卫基夫的愿景是,LC-PolScope可以用于体外受精或去核,因为它可用于显示纺锤体而不用染料染色。”

“非常重要的是Oosight及其应用程序是在MBL上开发的,”Keefe说。“MBL是一个如此独特和独特的地方。我们有ShinyaInoué,Rudolf Oldenbourg和我们的哺乳动物胚胎学家和临床医生,他们都在相距25英尺的实验室工作。这就是为什么这项工作已经完成的原因。”

期刊引文:

Byrne,JA,DA Pedersen,LL Clepper,M。Nelson,WG Sanger,S。Gokhale,DP Wolf和SM Mitalipov(2007)。通过体细胞核移植产生灵长类动物胚胎干细胞。自然450:497-502。

Liu,L.,R。Oldenbourg,JR Trimarchi和DL Keefe。2000.一种可靠的非侵入性技术,用于纺锤体卵母细胞的纺锤体成像和去核。自然生物技术。18:223-225。

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