PEGASOS透明化技术在口腔以及骨组织研究领域中的应用
2025-04-17 来源:本站 点击次数:247
组织透明化技术（polyethylene glycol associated solvent system, PEGASOS）是北京脑科学与类脑研究所赵瑚教授开发的透明化技术。该技术是一种油性透明化技术，在保证高透明化的基础上，其透明化过程中对荧光的保护能力极强。PEGASOS技术操作简单，无需复杂的实验条件，即可快速轻松的使样本透明，推出后客户好评如潮。
PEGASOS组织透明化技术在神经科学研究中已经得到广泛应用，详见我们之前的报道（技术专题|PEGASOS组织透明化技术在神经科学领域的应用）。透明化技术在口腔与骨组织研究中的潜力与重要性也不可忽视，尤其是在理解组织结构、细胞动态以及疾病机制等方面。
口腔和骨组织是高度复杂的系统，包含多种细胞类型和组织成分。传统上由于口腔和骨组织的不透明性，要想获得其内部组织的显微成像是非常困难的，的虽然组织切片技术虽然能够提供一定的组织结构信息，但这种情况下必须把组织切成非常多的薄片分别进行成像，在切片过程中不可避免造成组织破损导致部分信息的缺失，并且3D重构的工作量巨大，效果往往也差强人意。其二维的表现方式往往难以呈现这些组织的立体结构与空间分布。因此，组织透明化技术在口腔与骨组织研究中的重要性不可忽视，透明化技术该技术通过去除组织中的脂肪和其他杂质，使得整个样本变得透明，从而为研究者提供了更直观的三维视角，有助于深入了解组织内的微细结构与动态变化。在众多透明化方法中，PEGASOS以其独有的骨透明特性以及超高的透明度及荧光保护性，当仁不让地成为口腔和骨组织研究与成像中的绝佳选择。
在口腔与骨组织的研究中，PEGASOS透明化技术的好处尤为明显有以下几方面应用：
首先，透明化技术能够展示整个组织的三维结构，避免了传统切片可能带来的组织丢失和形态变形。研究者可以在不破坏组织完整性的情况下，观察到细胞和组织在空间中的分布情况。例如，在骨组织的研究中，透明化技术可以帮助研究者观察到骨小梁的微观结构及其与周围血管、神经的关系。在口腔研究中，透明化技术能够清晰地展示牙齿的发育、牙周组织的变化以及牙髓内的细胞行为。
其次，透明化后的组织可以与现代高分辨率成像技术相结合，如多光子显微成像、共聚焦显微成像等，从而提供更为详细和精准的三维影像数据。这种技术在骨骼重建、骨密度分析以及骨代谢研究中有着重要的应用，能够帮助研究者深入理解骨生成与重建过程、骨折愈合机制及骨相关疾病（如骨质疏松症）的发生发展。此外，透明化技术还可以用于追踪细胞的动态迁移与相互作用，帮助研究口腔和骨组织中免疫细胞、干细胞及其他细胞群体的行为。
另外，透明化技术也为疾病研究提供了新的视角。在口腔和骨相关疾病，如牙周炎、骨髓炎及骨肿瘤的研究中，透明化技术能够清晰地揭示病变区域、细胞入侵的路径以及免疫反应的动态过程，为疾病的早期诊断和治疗策略提供宝贵的信息。
总之，透明化技术在口腔与骨组织研究中的应用，极大地提升了研究的深度与精度，为研究者提供了更直观的三维图像和更丰富的生物学信息。这不仅帮助我们更好地理解组织发育、疾病机制与治疗策略，也推动了口腔与骨科医学的研究进展。以下是几个应用实例，展示PEGASOS透明化技术如何应用于口腔于骨组织的研究。
1、腰椎骨组织成像
作为全世界残疾的主要原因之一，腰痛通常是由于生物力学及分解代谢干扰破坏了脊柱关键结构导致，如椎间盘和脊椎小关节等。迄今为止，准确、无创地检测这些结构内的微小破坏仍然是一个难以实现的目标。对此研究人员对胶原的结构进行了细致分析，发现了一种基于胶原杂交肽（CHP）在体成像的方法，可在分子水平上定位细胞外基质结构的损伤。相关研究工作可见ACS NANO期刊的文章“Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine”。
研究人员为了更加清晰地看到腰椎组织结构，研究人员利用PEGASOS透明化技术结合CHP荧光标记，对腰椎进行光片荧光显微镜成像，得到了腰部脊椎胶原损伤的3D图像，显示在正常情况下胶原损伤通常出现于腰椎中承重的解剖结构，包括椎间盘纤维环，脊椎小关节。
2、骨骼病理学研究
在我们的日常生活中，骨骼健康常常被忽视，但它却是支撑我们身体的重要基础。日前，一项名为“Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis”的研究引起了广泛关注，揭示了信号转导分子SHP2在骨骼健康中的关键角色。
SHP2（由PTPN11基因编码）是一种广泛表达的蛋白酪氨酸磷酸酶，其突变与多种骨骼和软骨疾病的发生密切相关，尤其是在Nonan综合症和软骨发育不良等患者中。这项研究的核心在于，研究团队通过在小鼠中靶向删除Ptpn11基因，发现SHP2的缺失会导致显著的骨质疏松和骨生长异常，具体表现为骨细胞成熟的失败和骨吸收活性的增强。
研究表明，SHP2在成骨细胞的分化过程中发挥着至关重要的作用。它通过促进RUNX2和OSTERIX信号通路的活性，帮助成骨细胞正常发育。同时，SHP2还抑制了成骨细胞和骨细胞中RANKL的产生，从而抑制了骨吸收的过程。这一发现不仅揭示了SHP2在成骨细胞功能中的重要性，还为我们理解骨骼健康提供了新的视角。
此外，这项研究的结果可能为未来开发针对骨骼疾病的治疗策略提供新的思路。通过深入了解SHP2的作用机制，我们或许能够找到新的方法来改善骨骼健康，预防和治疗与骨骼相关的疾病。希望这些研究成果能够引起更多关注，帮助我们更好地维护骨骼健康，提升生活质量。
3、探索牙周干细胞生长调控机制
牙齿是人类和许多动物体内的重要结构，主要用于咀嚼和磨碎食物。它们通过牙周韧带（PDL）与牙槽骨相连，形成一个功能性单元，称为牙周组织。牙周组织不仅支持牙齿的稳定性，还在牙齿的生长、发育和修复过程中发挥着关键作用。
在牙周组织中，存在一种被称为牙周干细胞（PDLSCs）的特殊细胞群体。这些干细胞具有多潜能分化能力，能够生成牙周韧带、牙骨质和牙槽骨等多种组织。牙周干细胞不仅在牙齿的发育和维护中起着重要作用，还在牙周组织的修复和再生过程中展现出巨大的潜力。因此，深入研究牙周干细胞的特性和功能，对于理解牙齿健康、促进牙周组织的再生以及开发新的治疗策略具有重要意义。
下面介绍的这篇研究工作，聚焦于Gli1+牙周干细胞在牙周组织维护与修复中作用机制，研究发现这些细胞不仅是牙周组织的“守护者”，还受到骨细胞和咬合力的调控，展现了机械压力与细胞活动之间的微妙关系。文章内容详见“Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force”。
研究揭示，Gli1+细胞作为牙周干细胞（PDLSCs），在牙周组织的维护与修复中发挥着重要作用。这些细胞主要位于成年小鼠磨牙的牙周韧带中，能够分化为牙周韧带、牙槽骨和牙骨质，支持牙周组织的更新和损伤修复。研究表明，骨细胞通过分泌抑制因子骨钙素，负向调节Gli1+细胞的活性，而咬合力则通过调节骨钙素的水平间接影响这些干细胞的活性。当咬合力消失时，骨钙素的表达上升，抑制了干细胞的活性。这一发现强调了机械压力与细胞活动之间的复杂关系，为牙周组织的生物学研究和未来的治疗策略提供了新的视角。
总结
PEGASOS作为一种独特的透明化技术，其优势在于软硬组织都能透明，透明度高，荧光保护性好，操作简便，到目前为止，利用PEGASOS已发表了150+篇文献。
礼智生物科技代理的PEGASOS组织透明化试剂盒，使用简单，拥有大批客户。对透明化技术感兴趣的老师同学，欢迎联系我们（联系方式见文末）。
参考文献：
[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组织透明化技术在神经科学研究中已经得到广泛应用，详见我们之前的报道（技术专题|PEGASOS组织透明化技术在神经科学领域的应用）。透明化技术在口腔与骨组织研究中的潜力与重要性也不可忽视，尤其是在理解组织结构、细胞动态以及疾病机制等方面。
口腔和骨组织是高度复杂的系统，包含多种细胞类型和组织成分。传统上由于口腔和骨组织的不透明性，要想获得其内部组织的显微成像是非常困难的，的虽然组织切片技术虽然能够提供一定的组织结构信息，但这种情况下必须把组织切成非常多的薄片分别进行成像，在切片过程中不可避免造成组织破损导致部分信息的缺失，并且3D重构的工作量巨大，效果往往也差强人意。其二维的表现方式往往难以呈现这些组织的立体结构与空间分布。因此，组织透明化技术在口腔与骨组织研究中的重要性不可忽视，透明化技术该技术通过去除组织中的脂肪和其他杂质，使得整个样本变得透明，从而为研究者提供了更直观的三维视角，有助于深入了解组织内的微细结构与动态变化。在众多透明化方法中，PEGASOS以其独有的骨透明特性以及超高的透明度及荧光保护性，当仁不让地成为口腔和骨组织研究与成像中的绝佳选择。
在口腔与骨组织的研究中，PEGASOS透明化技术的好处尤为明显有以下几方面应用：
首先，透明化技术能够展示整个组织的三维结构，避免了传统切片可能带来的组织丢失和形态变形。研究者可以在不破坏组织完整性的情况下，观察到细胞和组织在空间中的分布情况。例如，在骨组织的研究中，透明化技术可以帮助研究者观察到骨小梁的微观结构及其与周围血管、神经的关系。在口腔研究中，透明化技术能够清晰地展示牙齿的发育、牙周组织的变化以及牙髓内的细胞行为。
其次，透明化后的组织可以与现代高分辨率成像技术相结合，如多光子显微成像、共聚焦显微成像等，从而提供更为详细和精准的三维影像数据。这种技术在骨骼重建、骨密度分析以及骨代谢研究中有着重要的应用，能够帮助研究者深入理解骨生成与重建过程、骨折愈合机制及骨相关疾病（如骨质疏松症）的发生发展。此外，透明化技术还可以用于追踪细胞的动态迁移与相互作用，帮助研究口腔和骨组织中免疫细胞、干细胞及其他细胞群体的行为。
另外，透明化技术也为疾病研究提供了新的视角。在口腔和骨相关疾病，如牙周炎、骨髓炎及骨肿瘤的研究中，透明化技术能够清晰地揭示病变区域、细胞入侵的路径以及免疫反应的动态过程，为疾病的早期诊断和治疗策略提供宝贵的信息。
总之，透明化技术在口腔与骨组织研究中的应用，极大地提升了研究的深度与精度，为研究者提供了更直观的三维图像和更丰富的生物学信息。这不仅帮助我们更好地理解组织发育、疾病机制与治疗策略，也推动了口腔与骨科医学的研究进展。以下是几个应用实例，展示PEGASOS透明化技术如何应用于口腔于骨组织的研究。
1、腰椎骨组织成像
作为全世界残疾的主要原因之一，腰痛通常是由于生物力学及分解代谢干扰破坏了脊柱关键结构导致，如椎间盘和脊椎小关节等。迄今为止，准确、无创地检测这些结构内的微小破坏仍然是一个难以实现的目标。对此研究人员对胶原的结构进行了细致分析，发现了一种基于胶原杂交肽（CHP）在体成像的方法，可在分子水平上定位细胞外基质结构的损伤。相关研究工作可见ACS NANO期刊的文章“Molecular Imaging of Collagen Destruction of the Spine”。
图1 . 利用PEGASOS透明化方法对小鼠脊椎骨骼进行透明化处理，透明化后的脊椎采用光片显微镜进行拍摄，3D图像上的明亮部分为CHP的聚集区域。
图2. PEGASOS透明化处理脊椎，显示在24月龄（老年）小鼠脊椎上CHP主要结合于椎间盘及脊椎小关节结构
而在年老的动物上，可以观察到CHP在椎间盘及脊椎小关节等结构中累积，CHP是一个可定量的检测指标，能够表征腰椎各结构的损伤退化程度。未来，CHP有望被应用于各类脊椎病变的诊断和监测。2、骨骼病理学研究
在我们的日常生活中，骨骼健康常常被忽视，但它却是支撑我们身体的重要基础。日前，一项名为“Targeted Ptpn11 deletion in mice reveals the essential role of SHP2 in osteoblast differentiation and skeletal homeostasis”的研究引起了广泛关注，揭示了信号转导分子SHP2在骨骼健康中的关键角色。
SHP2（由PTPN11基因编码）是一种广泛表达的蛋白酪氨酸磷酸酶，其突变与多种骨骼和软骨疾病的发生密切相关，尤其是在Nonan综合症和软骨发育不良等患者中。这项研究的核心在于，研究团队通过在小鼠中靶向删除Ptpn11基因，发现SHP2的缺失会导致显著的骨质疏松和骨生长异常，具体表现为骨细胞成熟的失败和骨吸收活性的增强。
研究表明，SHP2在成骨细胞的分化过程中发挥着至关重要的作用。它通过促进RUNX2和OSTERIX信号通路的活性，帮助成骨细胞正常发育。同时，SHP2还抑制了成骨细胞和骨细胞中RANKL的产生，从而抑制了骨吸收的过程。这一发现不仅揭示了SHP2在成骨细胞功能中的重要性，还为我们理解骨骼健康提供了新的视角。
图3. 透明化处理后获得SHP2敲除小鼠和对照小鼠骨骼内细胞的3D图像
上图显示的是经Cyanine5染色的 SHP2CTRBglap 和 SHP2KOBglap 小鼠肱骨皮层中骨细胞和腔隙小管系统（LCS，红色）的形态和分布。SHP2CTRBglap 小鼠的 LCS 在 2D 切片 和 3D 投影中均具有均匀的空间分布和高度的互连性。相比之下，SHP2KOBglap 小鼠中的 LCS 分布不均匀，连接性被破坏。此外，这项研究的结果可能为未来开发针对骨骼疾病的治疗策略提供新的思路。通过深入了解SHP2的作用机制，我们或许能够找到新的方法来改善骨骼健康，预防和治疗与骨骼相关的疾病。希望这些研究成果能够引起更多关注，帮助我们更好地维护骨骼健康，提升生活质量。
3、探索牙周干细胞生长调控机制
牙齿是人类和许多动物体内的重要结构，主要用于咀嚼和磨碎食物。它们通过牙周韧带（PDL）与牙槽骨相连，形成一个功能性单元，称为牙周组织。牙周组织不仅支持牙齿的稳定性，还在牙齿的生长、发育和修复过程中发挥着关键作用。
在牙周组织中，存在一种被称为牙周干细胞（PDLSCs）的特殊细胞群体。这些干细胞具有多潜能分化能力，能够生成牙周韧带、牙骨质和牙槽骨等多种组织。牙周干细胞不仅在牙齿的发育和维护中起着重要作用，还在牙周组织的修复和再生过程中展现出巨大的潜力。因此，深入研究牙周干细胞的特性和功能，对于理解牙齿健康、促进牙周组织的再生以及开发新的治疗策略具有重要意义。
下面介绍的这篇研究工作，聚焦于Gli1+牙周干细胞在牙周组织维护与修复中作用机制，研究发现这些细胞不仅是牙周组织的“守护者”，还受到骨细胞和咬合力的调控，展现了机械压力与细胞活动之间的微妙关系。文章内容详见“Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force”。
研究揭示，Gli1+细胞作为牙周干细胞（PDLSCs），在牙周组织的维护与修复中发挥着重要作用。这些细胞主要位于成年小鼠磨牙的牙周韧带中，能够分化为牙周韧带、牙槽骨和牙骨质，支持牙周组织的更新和损伤修复。研究表明，骨细胞通过分泌抑制因子骨钙素，负向调节Gli1+细胞的活性，而咬合力则通过调节骨钙素的水平间接影响这些干细胞的活性。当咬合力消失时，骨钙素的表达上升，抑制了干细胞的活性。这一发现强调了机械压力与细胞活动之间的复杂关系，为牙周组织的生物学研究和未来的治疗策略提供了新的视角。
图4. D图显示的是利用PEGASOS组织透明化之后，牙周韧带部位血管与牙齿透明化成像（D图），以及Synapsin1标记的神经成像（E图）
总结
PEGASOS作为一种独特的透明化技术，其优势在于软硬组织都能透明，透明度高，荧光保护性好，操作简便，到目前为止，利用PEGASOS已发表了150+篇文献。
礼智生物科技代理的PEGASOS组织透明化试剂盒，使用简单，拥有大批客户。对透明化技术感兴趣的老师同学，欢迎联系我们（联系方式见文末）。
参考文献：
[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.
礼智生物介绍
礼智生物科技有限公司成立于2011年，是神经科学领域专业的科研仪器及技术服务供应商，在香港、上海、北京、广州、南京、沈阳等地均设有分公司。
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