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Wir haben jetzt die Macht, Knochen fast unsichtbar zu machen

2022

Um es klar zu sagen, die Wissenschaftler sind immer noch weit davon entfernt, den unsichtbaren Mann neu zu erschaffen . Aber vor kurzem haben sie gelernt, durchsichtige Gehirne und gespenstische Rattenkörper herzustellen, und jetzt haben sie sogar transparente Knochen geschaffen.

Unsere Skelette bestehen aus lebenden Zellen, die von Kalzium und Kollagen umgeben sind. Die Zellen bauen unsere Knochen auf, bauen sie um und bilden neue Blutkörperchen. Aber wir wissen nicht viel darüber, wie sie angeordnet sind oder wie sie sich verhalten.

Das liegt daran, dass die beiden Hauptmethoden, um in einem Knochen zu sehen, bisher ziemlich destruktiv waren. Eine Möglichkeit besteht darin, den Knochen zu zerdrücken und die Zellen zu extrahieren - ein guter Weg, um die Zellen zu zählen, aber nichts über ihre ursprünglichen Positionen zu sagen. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Knochen für die Mikroskopie in hauchdünne Schnitte zu schneiden. Dadurch bleiben die Positionen der Zellen erhalten, das Gesamtbild wird jedoch nicht wirklich angezeigt.

Die neue Methode, Knochen transparent zu machen, die heute in Science Translational Medicine beschrieben wird, bietet das Beste aus beiden Welten, indem alle Zellen an ihren richtigen Stellen angezeigt werden. Die Caltech-Biologin Viviana Gradinaru und ihr Team haben die Technik an Mausknochen demonstriert und hoffen, dass sie schließlich Aufschluss über Osteoporose und andere menschliche Krankheiten geben kann.

"Die Klarheit der Knochen ermöglicht eine ganze Reihe von Fragen, die zuvor nicht beantwortet werden konnten", sagt Corey Neu, Maschinenbauingenieur an der Universität von Colorado Boulder, der nicht an der Studie beteiligt war. Er geht davon aus, dass die Technik hilfreich sein wird, um Zellalterung, Knochenkrebs, den Heilungsprozess und vieles mehr zu untersuchen.

Die Magie der Knochenreinigung beruht auf einer 2013 entwickelten Technik namens "Clear Lipid-ausgetauschte Acrylamid-hybridisierte starre Bildgebung / Immunfärbung / In-situ-Hybridisierung - kompatibles GewebehYdrogel". Zum Glück nennen die Schöpfer es kurz CLARITY.

CLARITY wurde ursprünglich entwickelt, um das Innere von Weichteilen zu erkennen. Mit zusätzlichen Schritten gelang es Gradinaru und ihrem Team jedoch, in die Femuren, Schienbeine und Wirbel transgener Mäuse zu sehen.

Ihre Technik beinhaltet das Entfernen des Kalziums und die Verwendung von Chemikalien zum Auswaschen von Fetten und Blutresten, wodurch die Sicht auf die Zellen getrübt werden kann. Ein Hydrogel hilft dabei, die 3D-Architektur des Knochens zu erhalten und die Chemikalien in den Knochen zu leiten. Eine Rührplatte hält die Flüssigkeiten in Bewegung und hilft den Chemikalien, tief in die Knochen einzudringen.

Am Ende des 28-tägigen Prozesses verbleibt ein transparenter, gelatineartiger, knochenförmiger Blob, in dem das Team Zellen fluoreszieren sehen kann.

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Neu sagt, dass sein Labor Chemikalien verwendet hat, um das Knochengewebe klarer zu machen, aber niemals so klar. Das Genie des neuen Verfahrens besteht darin, dass es die Mineralien entfernt, ohne die Zellen zu zerstören, und dass es übliche Chemikalien verwendet, die anderen Wissenschaftlern leicht zugänglich sind, so Neu.

Aber haltet an eurem Unsichtbarkeitsmantel fest: Die Technik funktioniert in einem lebenden Organismus nicht, da die Knochen mehrere Wochen lang mit einer Menge Chemikalien umgerührt werden müssen.

Es wird auch eine Herausforderung sein, den Prozess zu vergrößern, um menschliche Knochen transparent zu machen; Die Chemikalien müssen durch die Knochen diffundieren, damit größere Knochen viel länger brauchen. Gradinaru sagt, sie würde den Knochen wahrscheinlich in kleinere Stücke schneiden, damit er in einem angemessenen Zeitrahmen funktioniert.

Gradinaru und ihr Team haben die neue Technik bereits angewendet, um zu lernen, wie eine experimentelle Osteoporosebehandlung zum Wiederaufbau von Knochen beitragen kann.

In Vorversuchen haben Antikörper, die das Sklerostin-Protein blockieren, das das Knochenwachstum hemmt, die Knochendichte der Patienten erhöht und das Risiko von Knochenbrüchen verringert. Als Gradinaru Mäusen die Antikörper verabreichte und sie anschließend in ihre Knochen untersuchte, stellte er fest, dass selbst eine sehr kurze Behandlung zu einem Anstieg der Osteoprogenitorzellen führte, die zu knochenbildenden Zellen werden können.

Zusätzlich zum Testen neuer Medikamente bietet der Bildgebungsprozess eine neue Sicht auf die Zellaktivität in gesunden und erkrankten Knochen, was zu Erkenntnissen führen kann, die Menschen mit Skelettstörungen helfen.

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