01

背景

多發(fā)性硬化癥（Multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥相關(guān)的疾病，主要損害脊髓、大腦以及視神經(jīng)。同時其也是一種罕見病，多發(fā)于 20-40 歲的中青年群體，患者機(jī)體的神經(jīng)髓鞘的破損和剝落致使其脊髓、大腦及視神經(jīng)功能受到損害；通常情況下，患者的神經(jīng)系統(tǒng)殘疾在發(fā)病一二十年后逐漸加重，會使其喪失自理能力、失明甚至失去生命。

目前多發(fā)性硬化癥的病因還未明確，與遺傳因素，環(huán)境因素如病毒感染、地理位置，自身免疫反應(yīng)等有一定關(guān)系。不過，隨著科技的進(jìn)步與研究的發(fā)展，關(guān)于多發(fā)性硬化癥的病理性源頭科學(xué)家們認(rèn)為可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)各種大量存在的星形膠質(zhì)細(xì)胞（Astrocytes）。星形膠質(zhì)細(xì)胞（astrocyte），是哺乳動物腦內(nèi)分布最廣泛的一類細(xì)胞，也是膠質(zhì)細(xì)胞中體積最大的一種。用經(jīng)典的金屬浸鍍技術(shù)（銀染色）顯示此類膠質(zhì)細(xì)胞呈星形，從胞體發(fā)出許多長而分支的突起，伸展充填在神經(jīng)細(xì)胞的胞體及其突起之間，起支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用。

星形膠質(zhì)細(xì)胞具有許多突起，伸展充填在神經(jīng)細(xì)胞的胞體及其突起之間，起支持和分隔神經(jīng)細(xì)胞的作用，并參與了血腦屏障的形成。由于星形膠質(zhì)細(xì)胞能產(chǎn)生和分泌某些神經(jīng)遞質(zhì)以及表達(dá)某些神經(jīng)遞質(zhì)受體，可對一些神經(jīng)活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。另外，星形膠質(zhì)細(xì)胞能對外源性化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，并可幫助調(diào)節(jié)神經(jīng)元周圍的離子微環(huán)境。外源性化學(xué)物質(zhì)或外傷損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，損傷區(qū)域星形膠質(zhì)細(xì)胞通過增生可形成膠質(zhì)“瘢痕”。

因此，想要了解多發(fā)性硬化癥的發(fā)病機(jī)制，需要識別相關(guān)的細(xì)胞亞群及其控制機(jī)制，但目前研究者們對星形膠質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)性及其在多發(fā)性硬化癥中的控制還不甚清楚，還需要持續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究工作來發(fā)掘其病因作用形式，從而提出可以解決該疾病的可行治療手段。

02

應(yīng)用案例

2020年2月13日，哈佛醫(yī)學(xué)院 Francisco J. Quintana 研究組在 Nature 發(fā)表文章 MAFG-driven astrocytes promote CNS inflammation，通過利用多發(fā)性硬化癥動物模型、原代細(xì)胞培養(yǎng)以及病人解剖樣品等多種方面對星形膠質(zhì)細(xì)胞異質(zhì)性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了多發(fā)性硬化癥的潛在臨床治療靶點(diǎn)。

多發(fā)性硬化癥臨床相關(guān)的動物模型是實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)模型。關(guān)于 EAE 動物模型中星形膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄譜已經(jīng)略有眉目，但是目前還缺乏標(biāo)記物為基礎(chǔ)的相關(guān)分析。因此，作者們使用百日咳毒素注射誘導(dǎo) EAE 模型后，用髓磷脂少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白表位進(jìn)行免疫，隨后通過 Drop-seq 對中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞進(jìn)行分析。

該實(shí)驗(yàn)過程中利用了 MERFISH 技術(shù)，其工作原理是將基于特殊距離設(shè)計(jì)的“條形碼”分配給細(xì)胞的 RNA，讓它們與 DNA 探針庫雜交，賦予這些條形碼意義，然后通過成像讀出這些條形碼，確定單個 RNA 分子的特性。并通過多輪成像，同時讀出不同基因的原位表達(dá)信息。

針對于多路復(fù)用的MERFISH 技術(shù)，需要高通量、高穩(wěn)定性、多波段的成像光源，這對傳統(tǒng)的汞燈光源而言是不小的挑戰(zhàn)。虹科 CELESTA 光引擎是此應(yīng)用的理想且廣泛采用的照明源，它具有七個波段的激光，其中有五個波段可以用于高度多路復(fù)用的MERFISH成像技術(shù)。

得益于虹科 CELESTA 激光光源，研究者們使用 MERFISH 成像技術(shù)量化了九種特異性星形膠質(zhì)細(xì)胞和 T 細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)。

通過對細(xì)胞的標(biāo)記、高通量成像與相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，研究者們最終發(fā)現(xiàn)以下要點(diǎn)：確定了星形膠質(zhì)細(xì)胞的特點(diǎn)是減少 NRF2 驅(qū)動基因表達(dá)和增加 MAFG 、MAT2α 信號。在 EAE 期間 NRF2 表達(dá)降低的情況下MAFG與MAT2α合作建立 DNA 甲基化標(biāo)志，進(jìn)一步促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的致病性。并且被招募到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的T細(xì)胞產(chǎn)生 GM-CSF 擴(kuò)大了 MAFG / MAT2α 驅(qū)動的促炎反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)定義了以前未描述的疾病發(fā)病機(jī)制，并確定了表觀遺傳修飾是治療多發(fā)性硬化癥的候選靶點(diǎn)。

03

虹科 CELESTA 光源

虹科 CELESTA 和 CELESTA quattro 光引擎包括4-7個可單獨(dú)控制的固態(tài)激光光源陣列（在400-800nm范圍提供7個可選波長），并且支持快速切換。CELESTA 光引擎在1.5mm直徑光纖的遠(yuǎn)端出光，其7個激光器中的每一個都能提供約1000mW的輸出功率。

同樣，CELESTA quattro 光引擎以相同的輸出功率規(guī)格提供了一個具有性價比的4或5線選擇。激光輸出與復(fù)雜的控制和監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，為旋轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡、空間分辨率轉(zhuǎn)錄組學(xué)和其它高級成像應(yīng)用提供所需的高清晰度性能。虹科CELESTA光源的光譜輸出與CELESTA實(shí)物圖

CELESTA 的控制系統(tǒng)位于一個帶有嵌入式命令庫的板載計(jì)算機(jī)上。這些命令不僅可以訪問輸出通道選擇、開/關(guān)和輸出強(qiáng)度調(diào)整等基本控制功能，而且還可以訪問大量的操作狀態(tài)報告和可調(diào)整的偏好設(shè)置面板。一個駐留在板載計(jì)算機(jī)上的圖形用戶界面，通過以太網(wǎng)連接用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看，可以方便地訪問許多命令庫的功能。對于需要快速（100μs）切換的應(yīng)用，所有輸出線都提供 TTL 觸發(fā)輸入。用于穩(wěn)定的實(shí)時性能跟蹤和反饋被包括在復(fù)雜的交鑰匙設(shè)計(jì)中。