Science子刊：科学家制作了透明骨头，到底有啥用？

　　和头发、指甲、皮肤、血液相似，人体的骨骼也是不断更新的。老的骨组织脱落，骨髓中的干细胞，即骨祖细胞（osteoprogenitor），又会重新长出新的骨组织顶替上。对于健康的骨骼，新老骨组织的交替是一个非常精密的平衡，这能维持骨骼状态的稳定。如果这种平衡被打破，人就可能患上各种骨骼疾病，如骨质疏松。为了进一步理解骨质疏松症等疾病的发生机制，科学家需要研究骨髓干细胞的活动特征。然而这类细胞数量稀少，而且在骨骼内部的分布并不均一，再加上骨骼十分坚固又不透明，观察研究这些细胞成了一大难题。

　　幸好，加州理工学院（Caltech）的研究者们开发出了一项新的技术，使得完整的骨头变得透明化，进而帮助研究者们观察内部干细胞的活动情况。这一技术对治疗骨质疏松症的药物测试将具有深远的意义。这项研究发表在近期的Science Translational Medicine 杂志上。

透明骨头

　　文章的第一作者、生物学和生物工程博士后Alon Greenbaum说，“由于骨骼中干细胞实在太少了，从几个骨切片中很难确定它们的数量和位置。而且骨切片会破坏骨头的结构，失去很多复杂的信息。我们必须在完整的组织中观察。”

　　为了实现这一点，研究者们开发出了一种叫做"Bone CLARITY"的技术，将组织细胞中不透明的成分，例如钙和脂质等去除，同时通过注入透明的水溶胶基质成分保持骨组织的结构。

一步步处理后透明化的骨头

　　研究者用转基因小鼠的骨头进行试验。这些转基因小鼠的干细胞能够发出红色的荧光，方便观察和成像。研究者选取了小鼠不同部位的骨头，每个长约几厘米。首先是除了骨头中的钙质，钙会使骨头更加不透明。接着，研究者向骨头中注入透明的水凝胶，固定组织结构和细胞的位置。最后，利用温和的去污剂除去骨头中的脂质成分，制成完整而透明的骨头。利用高分辨显微镜和拍照系统，能够清晰地看到骨头中发出红色荧光的干细胞。

透明骨中发红色荧光的干细胞

　　该课题组也在全力推进Bone CLARITY技术的实用化。他们与生物技术公司安进（Amgen）的研究人员合作，使用Bone CLARITY技术来测试一种用于治疗骨质疏松症的新药。

　　论文的共同第一作者Ken Chan说，“安进的合作者称这种新药物能够增加骨骼重量。然而它对干细胞的影响还不清楚，我们认为它可能会促进干细胞的增殖。通过小鼠实验，我们证实了这一点。骨骼生长初期干细胞的增殖是正常的，但如果长期增殖则可能是癌变的信号，因此观察干细胞对药物的反应非常重要。”

　　该技术还有助于了解骨骼与身体其他组织的相互作用。

　　文章的通讯作者、Caltech分子和细胞神经学中心主任Viviana Gradinaru则看得更远，他谈到，“近年，生物学家们发现骨骼不止有结构支撑的功能。例如，来自骨骼的激素传递大脑信号来调节食欲；研究头骨和大脑之间的界面是神经科学的重要组成部分。我们希望Bone CLARITY有助于发现骨骼的新生理功能。”