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使用偏振光成像膠原蛋白

本文中所示結果表明，相比明場，使用偏振光可以更清晰地分辨小鼠肺組織中的膠原蛋白纖維化和非纖維化區域。為更好地理解促使瘢痕組織形成的肺纖維化，正常情況下會研究組織中的纖維化區域。分別使用明場和偏振光對小鼠肺組織中的膠原蛋白纖維化病變區域進行成像。成像膠原蛋白時，使用一般的染色法和明場顯微鏡很難區分纖維化和非纖維化區域。本文中使用偏振光對肺組織進行成像，兩個區域呈現出非常明顯的顏色差異。
簡介
嚴重哮喘、缺血性心臟病、肝硬化、終末期腎病和特發性肺纖維化（IPF）等疾病會造成纖維化，這些疾病通常都伴隨內部器官中的瘢痕組織形成[1]。對這些組織造成傷害后，例如肺部存在顆粒物或毒素，都會引發不恰當和不必要的傷口愈合反應，并導致器官衰竭乃至死亡。然而，人們對纖維化背后的機制卻知之甚少。
很多分泌的或細胞表面哺乳動物蛋白都是糖基化的，并且許多糖基化結構在多糖的末端有唾液酸作為單糖[1]。一些病毒、細菌、原生動物和所有哺乳動物都有可以從糖綴合物中去除唾液酸的唾液酸酶（也稱為神經氨酸酶）。
為更好地理解為何纖維化會促使形成更多瘢痕組織，研究了人類和小鼠肺組織中的纖維化病變，以發現糖綴合物的廣泛去唾液酸化與唾液酸酶上調之間的關系。使用唾液酸酶抑制劑DANA和奧司他韋（達菲）研究了小鼠博來霉素模型中與肺纖維化相關的情況[1]。
本研究中使用明場和偏振光顯微鏡對小鼠肺組織中膠原蛋白的非纖維化和纖維化區域進行了成像，以確定能否更輕松地區分兩者。
挑戰
在肺組織和肺纖維化膠原蛋白研究中，僅使用染色法和明場顯微鏡很難區分組織中的纖維化和非纖維化區域。
方法
使用了涵蓋明場和偏振光應用的DM6 B正置顯微鏡進行圖像采集。小鼠肺切片標本用天狼星紅染色纖維化和非纖維化區域的膠原蛋白。利用電動載物臺和LAS X Navigator軟件，可以通過鑲嵌成像和圖像拼接對更大面積的標本進行成像[2]。獲取了感興趣區域的許多高分辨率圖像，可以更加輕松地進行統計分析。

圖1：使用天狼星紅染色纖維化和非纖維化區域的膠原蛋白的小鼠肺切片圖片。A）明場和B）偏振光。圖片由美國德克薩斯農工大學的Tejas R. Karhadkar、Darrell Pilling、Nehemiah Cox和Richard H. Gomer提供。
結果
獲得的小鼠肺切片圖像見圖1。常規明場成像（圖1A）中，所有膠原蛋白均呈紅色，無法區分肺標本的纖維化和非纖維化區域。使用偏振光成像（圖1B），兩個區域之間的膠原蛋白存顯著的顏色差異（紅色與黃色），這在明場成像中是無法看到的。
參考資料
1. T.R. Karhadkar, D. Pilling, N. Cox, R.H. Gomer, Sialidase inhibitors attenuate pulmonary fibrosis in a mouse model, Scientific Reports (2017) vol. 7, art. 15069, DOI: 10.1038/s41598-017-15198-8.
J. De Bock,  Mosaic Images: Bringing Together What Belongs Together, Science Lab (2011) Leica Microsystems.
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