PEGASOS透明化技術在口腔以及骨組織研究領域中的應用
組織透明化技術（polyethylene glycol associated solvent system, PEGASOS）是北京腦科學與類腦研究所趙瑚教授開發的透明化技術。該技術是一種油性透明化技術，在保證高透明化的基礎上，其透明化過程中對熒光的保護能力極強。PEGASOS技術操作簡單，無需復雜的實驗條件，即可快速輕松的使樣本透明，推出后客戶好評如潮。
PEGASOS組織透明化技術在神經科學研究中已經得到廣泛應用，詳見我們之前的報道（技術專題|PEGASOS組織透明化技術在神經科學領域的應用）。透明化技術在口腔與骨組織研究中的潛力與重要性也不可忽視，尤其是在理解組織結構、細胞動態以及疾病機制等方面。
口腔和骨組織是高度復雜的系統，包含多種細胞類型和組織成分。傳統上由于口腔和骨組織的不透明性，要想獲得其內部組織的顯微成像是非常困難的，的雖然組織切片技術雖然能夠提供一定的組織結構信息，但這種情況下必須把組織切成非常多的薄片分別進行成像，在切片過程中不可避免造成組織破損導致部分信息的缺失，并且3D重構的工作量巨大，效果往往也差強人意。其二維的表現方式往往難以呈現這些組織的立體結構與空間分布。因此，組織透明化技術在口腔與骨組織研究中的重要性不可忽視，透明化技術該技術通過去除組織中的脂肪和其他雜質，使得整個樣本變得透明，從而為研究者提供了更直觀的三維視角，有助于深入了解組織內的微細結構與動態變化。在眾多透明化方法中，PEGASOS以其獨有的骨透明特性以及超高的透明度及熒光保護性，當仁不讓地成為口腔和骨組織研究與成像中的絕佳選擇。
在口腔與骨組織的研究中，PEGASOS透明化技術的好處尤為明顯有以下幾方面應用：
首先，透明化技術能夠展示整個組織的三維結構，避免了傳統切片可能帶來的組織丟失和形態變形。研究者可以在不破壞組織完整性的情況下，觀察到細胞和組織在空間中的分布情況。例如，在骨組織的研究中，透明化技術可以幫助研究者觀察到骨小梁的微觀結構及其與周圍血管、神經的關系。在口腔研究中，透明化技術能夠清晰地展示牙齒的發育、牙周組織的變化以及牙髓內的細胞行為。
其次，透明化后的組織可以與現代高分辨率成像技術相結合，如多光子顯微成像、共聚焦顯微成像等，從而提供更為詳細和精準的三維影像數據。這種技術在骨骼重建、骨密度分析以及骨代謝研究中有著重要的應用，能夠幫助研究者深入理解骨生成與重建過程、骨折愈合機制及骨相關疾病（如骨質疏松癥）的發生發展。此外，透明化技術還可以用于追蹤細胞的動態遷移與相互作用，幫助研究口腔和骨組織中免疫細胞、干細胞及其他細胞群體的行為。
另外，透明化技術也為疾病研究提供了新的視角。在口腔和骨相關疾病，如牙周炎、骨髓炎及骨腫瘤的研究中，透明化技術能夠清晰地揭示病變區域、細胞入侵的路徑以及免疫反應的動態過程，為疾病的早期診斷和治療策略提供寶貴的信息。
總之，透明化技術在口腔與骨組織研究中的應用，極大地提升了研究的深度與精度，為研究者提供了更直觀的三維圖像和更豐富的生物學信息。這不僅幫助我們更好地理解組織發育、疾病機制與治療策略，也推動了口腔與骨科醫學的研究進展。以下是幾個應用實例，展示PEGASOS透明化技術如何應用于口腔于骨組織的研究。
1、腰椎骨組織成像
作為全世界殘疾的主要原因之一，腰痛通常是由于生物力學及分解代謝干擾破壞了脊柱關鍵結構導致，如椎間盤和脊椎小關節等。迄今為止，準確、無創地檢測這些結構內的微小破壞仍然是一個難以實現的目標。對此研究人員對膠原的結構進行了細致分析，發現了一種基于膠原雜交肽（CHP）在體成像的方法，可在分子水平上定位細胞外基質結構的損傷。相關研究工作可見ACS NANO期刊的文章“Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine”。
研究人員為了更加清晰地看到腰椎組織結構，研究人員利用PEGASOS透明化技術結合CHP熒光標記，對腰椎進行光片熒光顯微鏡成像，得到了腰部脊椎膠原損傷的3D圖像，顯示在正常情況下膠原損傷通常出現于腰椎中承重的解剖結構，包括椎間盤纖維環，脊椎小關節。
2、骨骼病理學研究
在我們的日常生活中，骨骼健康常常被忽視，但它卻是支撐我們身體的重要基礎。日前，一項名為“Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis”的研究引起了廣泛關注，揭示了信號轉導分子SHP2在骨骼健康中的關鍵角色。
SHP2（由PTPN11基因編碼）是一種廣泛表達的蛋白酪氨酸磷酸酶，其突變與多種骨骼和軟骨疾病的發生密切相關，尤其是在Nonan綜合癥和軟骨發育不良等患者中。這項研究的核心在于，研究團隊通過在小鼠中靶向刪除Ptpn11基因，發現SHP2的缺失會導致顯著的骨質疏松和骨生長異常，具體表現為骨細胞成熟的失敗和骨吸收活性的增強。
研究表明，SHP2在成骨細胞的分化過程中發揮著至關重要的作用。它通過促進RUNX2和OSTERIX信號通路的活性，幫助成骨細胞正常發育。同時，SHP2還抑制了成骨細胞和骨細胞中RANKL的產生，從而抑制了骨吸收的過程。這一發現不僅揭示了SHP2在成骨細胞功能中的重要性，還為我們理解骨骼健康提供了新的視角。
此外，這項研究的結果可能為未來開發針對骨骼疾病的治療策略提供新的思路。通過深入了解SHP2的作用機制，我們或許能夠找到新的方法來改善骨骼健康，預防和治療與骨骼相關的疾病。希望這些研究成果能夠引起更多關注，幫助我們更好地維護骨骼健康，提升生活質量。
3、探索牙周干細胞生長調控機制
牙齒是人類和許多動物體內的重要結構，主要用于咀嚼和磨碎食物。它們通過牙周韌帶（PDL）與牙槽骨相連，形成一個功能性單元，稱為牙周組織。牙周組織不僅支持牙齒的穩定性，還在牙齒的生長、發育和修復過程中發揮著關鍵作用。
在牙周組織中，存在一種被稱為牙周干細胞（PDLSCs）的特殊細胞群體。這些干細胞具有多潛能分化能力，能夠生成牙周韌帶、牙骨質和牙槽骨等多種組織。牙周干細胞不僅在牙齒的發育和維護中起著重要作用，還在牙周組織的修復和再生過程中展現出巨大的潛力。因此，深入研究牙周干細胞的特性和功能，對于理解牙齒健康、促進牙周組織的再生以及開發新的治療策略具有重要意義。
下面介紹的這篇研究工作，聚焦于Gli1+牙周干細胞在牙周組織維護與修復中作用機制，研究發現這些細胞不僅是牙周組織的“守護者”，還受到骨細胞和咬合力的調控，展現了機械壓力與細胞活動之間的微妙關系。文章內容詳見“Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force”。
研究揭示，Gli1+細胞作為牙周干細胞（PDLSCs），在牙周組織的維護與修復中發揮著重要作用。這些細胞主要位于成年小鼠磨牙的牙周韌帶中，能夠分化為牙周韌帶、牙槽骨和牙骨質，支持牙周組織的更新和損傷修復。研究表明，骨細胞通過分泌抑制因子骨鈣素，負向調節Gli1+細胞的活性，而咬合力則通過調節骨鈣素的水平間接影響這些干細胞的活性。當咬合力消失時，骨鈣素的表達上升，抑制了干細胞的活性。這一發現強調了機械壓力與細胞活動之間的復雜關系，為牙周組織的生物學研究和未來的治療策略提供了新的視角。
總結
PEGASOS作為一種獨特的透明化技術，其優勢在于軟硬組織都能透明，透明度高，熒光保護性好，操作簡便，到目前為止，利用PEGASOS已發表了150+篇文獻。
禮智生物科技代理的PEGASOS組織透明化試劑盒，使用簡單，擁有大批客戶。對透明化技術感興趣的老師同學，歡迎聯系我們（聯系方式見文末）。
參考文獻：
[1] Liu L, Huang K, Li W, et al. Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine. ACS Nano. 2021 Dec 28;15(12):19138-19149. doi: 10.1021/acsnano.1c07112.
[2] Wang L, Yang H, Huang J, et al. Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis. Bone Res. 2021 Jan 27;9(1):6. doi: 10.1038/s41413-020-00129-7.
[3] Men Y, Wang Y, Yi Y, et al. Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force. Dev Cell. 2020 Sep 14;54(5):639-654.e6. doi: 10.1016/j.devcel.2020.06.006.
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PEGASOS組織透明化技術在神經科學研究中已經得到廣泛應用，詳見我們之前的報道（技術專題|PEGASOS組織透明化技術在神經科學領域的應用）。透明化技術在口腔與骨組織研究中的潛力與重要性也不可忽視，尤其是在理解組織結構、細胞動態以及疾病機制等方面。
口腔和骨組織是高度復雜的系統，包含多種細胞類型和組織成分。傳統上由于口腔和骨組織的不透明性，要想獲得其內部組織的顯微成像是非常困難的，的雖然組織切片技術雖然能夠提供一定的組織結構信息，但這種情況下必須把組織切成非常多的薄片分別進行成像，在切片過程中不可避免造成組織破損導致部分信息的缺失，并且3D重構的工作量巨大，效果往往也差強人意。其二維的表現方式往往難以呈現這些組織的立體結構與空間分布。因此，組織透明化技術在口腔與骨組織研究中的重要性不可忽視，透明化技術該技術通過去除組織中的脂肪和其他雜質，使得整個樣本變得透明，從而為研究者提供了更直觀的三維視角，有助于深入了解組織內的微細結構與動態變化。在眾多透明化方法中，PEGASOS以其獨有的骨透明特性以及超高的透明度及熒光保護性，當仁不讓地成為口腔和骨組織研究與成像中的絕佳選擇。
在口腔與骨組織的研究中，PEGASOS透明化技術的好處尤為明顯有以下幾方面應用：
首先，透明化技術能夠展示整個組織的三維結構，避免了傳統切片可能帶來的組織丟失和形態變形。研究者可以在不破壞組織完整性的情況下，觀察到細胞和組織在空間中的分布情況。例如，在骨組織的研究中，透明化技術可以幫助研究者觀察到骨小梁的微觀結構及其與周圍血管、神經的關系。在口腔研究中，透明化技術能夠清晰地展示牙齒的發育、牙周組織的變化以及牙髓內的細胞行為。
其次，透明化后的組織可以與現代高分辨率成像技術相結合，如多光子顯微成像、共聚焦顯微成像等，從而提供更為詳細和精準的三維影像數據。這種技術在骨骼重建、骨密度分析以及骨代謝研究中有著重要的應用，能夠幫助研究者深入理解骨生成與重建過程、骨折愈合機制及骨相關疾病（如骨質疏松癥）的發生發展。此外，透明化技術還可以用于追蹤細胞的動態遷移與相互作用，幫助研究口腔和骨組織中免疫細胞、干細胞及其他細胞群體的行為。
另外，透明化技術也為疾病研究提供了新的視角。在口腔和骨相關疾病，如牙周炎、骨髓炎及骨腫瘤的研究中，透明化技術能夠清晰地揭示病變區域、細胞入侵的路徑以及免疫反應的動態過程，為疾病的早期診斷和治療策略提供寶貴的信息。
總之，透明化技術在口腔與骨組織研究中的應用，極大地提升了研究的深度與精度，為研究者提供了更直觀的三維圖像和更豐富的生物學信息。這不僅幫助我們更好地理解組織發育、疾病機制與治療策略，也推動了口腔與骨科醫學的研究進展。以下是幾個應用實例，展示PEGASOS透明化技術如何應用于口腔于骨組織的研究。
1、腰椎骨組織成像
作為全世界殘疾的主要原因之一，腰痛通常是由于生物力學及分解代謝干擾破壞了脊柱關鍵結構導致，如椎間盤和脊椎小關節等。迄今為止，準確、無創地檢測這些結構內的微小破壞仍然是一個難以實現的目標。對此研究人員對膠原的結構進行了細致分析，發現了一種基于膠原雜交肽（CHP）在體成像的方法，可在分子水平上定位細胞外基質結構的損傷。相關研究工作可見ACS NANO期刊的文章“Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine”。
圖1 . 利用PEGASOS透明化方法對小鼠脊椎骨骼進行透明化處理，透明化后的脊椎采用光片顯微鏡進行拍攝，3D圖像上的明亮部分為CHP的聚集區域。
圖2. PEGASOS透明化處理脊椎，顯示在24月齡（老年）小鼠脊椎上CHP主要結合于椎間盤及脊椎小關節結構
而在年老的動物上，可以觀察到CHP在椎間盤及脊椎小關節等結構中累積，CHP是一個可定量的檢測指標，能夠表征腰椎各結構的損傷退化程度。未來，CHP有望被應用于各類脊椎病變的診斷和監測。2、骨骼病理學研究
在我們的日常生活中，骨骼健康常常被忽視，但它卻是支撐我們身體的重要基礎。日前，一項名為“Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis”的研究引起了廣泛關注，揭示了信號轉導分子SHP2在骨骼健康中的關鍵角色。
SHP2（由PTPN11基因編碼）是一種廣泛表達的蛋白酪氨酸磷酸酶，其突變與多種骨骼和軟骨疾病的發生密切相關，尤其是在Nonan綜合癥和軟骨發育不良等患者中。這項研究的核心在于，研究團隊通過在小鼠中靶向刪除Ptpn11基因，發現SHP2的缺失會導致顯著的骨質疏松和骨生長異常，具體表現為骨細胞成熟的失敗和骨吸收活性的增強。
研究表明，SHP2在成骨細胞的分化過程中發揮著至關重要的作用。它通過促進RUNX2和OSTERIX信號通路的活性，幫助成骨細胞正常發育。同時，SHP2還抑制了成骨細胞和骨細胞中RANKL的產生，從而抑制了骨吸收的過程。這一發現不僅揭示了SHP2在成骨細胞功能中的重要性，還為我們理解骨骼健康提供了新的視角。
圖3. 透明化處理后獲得SHP2敲除小鼠和對照小鼠骨骼內細胞的3D圖像
上圖顯示的是經Cyanine5染色的 SHP2CTRBglap 和 SHP2KOBglap 小鼠肱骨皮層中骨細胞和腔隙小管系統（LCS，紅色）的形態和分布。SHP2CTRBglap 小鼠的 LCS 在 2D 切片 和 3D 投影中均具有均勻的空間分布和高度的互連性。相比之下，SHP2KOBglap 小鼠中的 LCS 分布不均勻，連接性被破壞。此外，這項研究的結果可能為未來開發針對骨骼疾病的治療策略提供新的思路。通過深入了解SHP2的作用機制，我們或許能夠找到新的方法來改善骨骼健康，預防和治療與骨骼相關的疾病。希望這些研究成果能夠引起更多關注，幫助我們更好地維護骨骼健康，提升生活質量。
3、探索牙周干細胞生長調控機制
牙齒是人類和許多動物體內的重要結構，主要用于咀嚼和磨碎食物。它們通過牙周韌帶（PDL）與牙槽骨相連，形成一個功能性單元，稱為牙周組織。牙周組織不僅支持牙齒的穩定性，還在牙齒的生長、發育和修復過程中發揮著關鍵作用。
在牙周組織中，存在一種被稱為牙周干細胞（PDLSCs）的特殊細胞群體。這些干細胞具有多潛能分化能力，能夠生成牙周韌帶、牙骨質和牙槽骨等多種組織。牙周干細胞不僅在牙齒的發育和維護中起著重要作用，還在牙周組織的修復和再生過程中展現出巨大的潛力。因此，深入研究牙周干細胞的特性和功能，對于理解牙齒健康、促進牙周組織的再生以及開發新的治療策略具有重要意義。
下面介紹的這篇研究工作，聚焦于Gli1+牙周干細胞在牙周組織維護與修復中作用機制，研究發現這些細胞不僅是牙周組織的“守護者”，還受到骨細胞和咬合力的調控，展現了機械壓力與細胞活動之間的微妙關系。文章內容詳見“Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force”。
研究揭示，Gli1+細胞作為牙周干細胞（PDLSCs），在牙周組織的維護與修復中發揮著重要作用。這些細胞主要位于成年小鼠磨牙的牙周韌帶中，能夠分化為牙周韌帶、牙槽骨和牙骨質，支持牙周組織的更新和損傷修復。研究表明，骨細胞通過分泌抑制因子骨鈣素，負向調節Gli1+細胞的活性，而咬合力則通過調節骨鈣素的水平間接影響這些干細胞的活性。當咬合力消失時，骨鈣素的表達上升，抑制了干細胞的活性。這一發現強調了機械壓力與細胞活動之間的復雜關系，為牙周組織的生物學研究和未來的治療策略提供了新的視角。
圖4. D圖顯示的是利用PEGASOS組織透明化之后，牙周韌帶部位血管與牙齒透明化成像（D圖），以及Synapsin1標記的神經成像（E圖）
總結
PEGASOS作為一種獨特的透明化技術，其優勢在于軟硬組織都能透明，透明度高，熒光保護性好，操作簡便，到目前為止，利用PEGASOS已發表了150+篇文獻。
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參考文獻：
[1] Liu L, Huang K, Li W, et al. Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine. ACS Nano. 2021 Dec 28;15(12):19138-19149. doi: 10.1021/acsnano.1c07112.
[2] Wang L, Yang H, Huang J, et al. Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis. Bone Res. 2021 Jan 27;9(1):6. doi: 10.1038/s41413-020-00129-7.
[3] Men Y, Wang Y, Yi Y, et al. Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force. Dev Cell. 2020 Sep 14;54(5):639-654.e6. doi: 10.1016/j.devcel.2020.06.006.
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禮智生物科技有限公司成立于2011年，是神經科學領域專業的科研儀器及技術服務供應商，在香港、上海、北京、廣州、南京、沈陽等地均設有分公司。
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