The institute's scientists developed an innovative method for examining hundreds of thousands of cartilage cells in XNUMXD - and with it revealed new information about bone growth
"אם לא תאכל, לא תגדל", נוהגים לומר לילדים, אבל הגובה שלנו בבגרותנו נקבע במידה רבה על-ידי לוחיות הגדילה: אזורי צמיחה בשני הקצוות של העצמות הארוכות בגוף, למשל עצמות הידיים והרגליים. בילדות ובגיל ההתבגרות, רקמת הסחוס הרכה באזורים אלה צומחת ומוחלפת בהדרגה ברקמת עצם קשה. "אם הסחוס אינו תקין, גם העצם לא תהיה תקינה – קצרה מדי, ארוכה מדי או מעוותת", מסביר פרופ' Eli Seltzer from the Department of Molecular Genetics, whose laboratory specializes in the study of the skeletal system. Recently, a new imaging method was developed in his laboratory that allows examining growth processes in XNUMXD. with the help of the method revealed the researchers New findings on bone growth and how this growth goes wrong in a certain type of dwarfism.
About a century ago, scientists realized that the cartilage cells are the key to understanding the growth processes, but until recently there were no effective methods for monitoring the processes that these cells go through. The existing imaging methods made it possible to produce only two-dimensional images, so the information on the volume of the cells and their organization in space was only partial. High-resolution imaging methods, on the other hand, provided detailed images, but only of small sections; The big picture has been lost.
במחקר החדש, בהובלתה של שרה רובין, תלמידת מחקר במעבדתו של פרופ' זלצר, פיתחו המדענים את שיטת 3D MAPs, המאפשרת לבחון מאות אלפי תאי סחוס בתלת-ממד. השיטה מורכבת מכמה שלבים: ראשית, הפיכת רקמת הסחוס לשקופה באמצעות כימיקלים ובחינתה תחת מיקרוסקופ גיליון אור; בהמשך, מחלקים את תמונות המיקרוסקופיה שהתקבלו למקטעים, ומאפיינים את התאים בכל חתך וחתך באמצעות סדרת אלגוריתמים וכלים של בינה מלאכותית; בשלב השלישי והאחרון, חוזרים לתמונה המלאה וממפים על-גביה את התאים עד לקבלת מפת תלת-ממד מפורטת של לוחית הגדילה השלמה, הכוללת מידע על צורת התאים וגודלם, מיקומם במרחב והכיווניות שלהם.
הודות לפירוט חסר התקדים של השיטה, הצליחו המדענים להפריך הנחה רווחת לגבי צמיחת עצמות. ידוע כי תאי לוחית הגדילה מסודרים בדומה לשכבות ארכיאולוגיות: תאים חדשים נולדים בקצות העצם ותאים ותיקים יותר שעברו תהליכי צמיחה שונים נמצאים סמוך יותר למרכז העצם. במחקרים קודמים היה נראה כאילו התאים ה"ותיקים" ביותר, כלומר אלה הסמוכים ביותר למרכז העצם, גדולים כמעט פי עשרה מהתאים הצמודים להם. עם זאת, כאשר בחנו מדעני המכון לוחיות גדילה של עכברים בשיטה החדשה, הם גילו כי הקפיצה כביכול בגודל התאים היא למעשה אשליה הנובעת מהדימות בדו-ממד. במציאות התאים גדלים בצורה הדרגתית בהרבה.
The method also allowed the researchers to decipher two mysteries concerning a type of dwarfism called Grebe syndrome. It is known that this syndrome results from a mutation in the gene Gdf5, but it was not clear how a mutation in the gene plays a role in the formation of joints, leading to short and deformed limbs. Moreover, the growth plates of the loci in the syndrome appear to be completely normal. When the scientists tested transgenic mice with a gene mutation Gdf5 באמצעות השיטה החדשה, הם מצאו סדרת שיבושים בלוחיות הגדילה אשר לא נתגלו במחקרים קודמים. בכך חשפו החוקרים כי לבד מיצירת מפרקים, הגן ממלא תפקיד גם בוויסות תהליכי גדילה, וכי מוטציה בגן מובילה לכך שתאי הסחוס אינם גדלים בקצב הנכון, צורתם אינה תקינה והם אינם מכוונים לכיוון הנכון. "דמיינו גולות דחוסות בשקית – אם נשנה את צורתן, כבר לא נוכל לסדרן בשקית באותו האופן", אומרת רובין. "כך, גם התאים המעוותים בלוחית הגדילה אינם מתארגנים כהלכה, וזה מונע מהעצם להתארך באופן תקין".
השיטה החדשה תאפשר למדענים להמשיך ולחקור את התהליכים שעוברים תאים בלוחית הגדילה – הן במצבים של צמיחה תקינה והן בהפרעות גדילה שונות. שיטה זו תאפשר גם לחקור השפעות חיצוניות על צמיחת העצמות, למשל, השפעת מערכת השרירים. מסכם פרופ' זלצר: "אם לוחית הגדילה היא ה'מנוע' המוביל את צמיחת העצם, אנחנו הרמנו את מכסה המנוע כדי לראות מקרוב איך הוא פועל ומה קורה כשהוא מתקלקל".
במחקר השתתפו גם ד"ר אנקיט אגרוואל, שרון קריאף, ד"ר נטע פלזנטל, יונתן סבוראי וד"ר תומר שטרן מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית; ד"ר יוסף אדדי מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים; פרופ' יוהנס שטגמאייר מאוניברסיטת RWTH Aachen; ופרופ' פול ויוטרה מאוניברסיטת אקס-מרסיי.
More of the topic in Hayadan:
