众所周知，对固定的骨组织进行显微镜观察的常规分析方法难以证明成骨细胞和破骨细胞之间存在细胞间是否互作。来自大阪大学医学院的石胜教授使用尼康A1R MP+ 多光子共聚焦显微镜首次实现活骨组织中成骨细胞和破骨细胞实时互作的观察，获得了活骨表面的详细四维信息，验证了成骨细胞和破骨细胞之间的物理接触控制了破骨细胞的骨溶解功能。这对开发控制成骨细胞和破骨细胞之间的平衡的新疗法，以治疗骨骼结构被破坏的疾病，例如骨质疏松症和癌症引起的骨转移等由重要意义。
A1R MP+ 多光子共聚焦显微镜
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超高灵敏度GaAsP NDD进行深处活体成像
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双波长红外激光同时激发成像
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高成像速度和高分辨率:
成像速度最高可达 720 fps (512 x 16 pixels)
分辨率最高可达 4096 x 4096 pixels
骨骼是不断再生的动态器官。骨重塑是破骨细胞和成骨细胞的联合相互作用，导致形成致密的骨结构。但是，当破骨细胞与破骨细胞之间的平衡因衰老或炎症而发生改变时，就会因骨质疏松、类风湿性关节炎等引起骨关节变形。正确认识破骨细胞与破骨细胞的关系对治疗这些疾病非常重要。迄今为止，已经报道了几种参与骨重塑的因素，但尚未阐明成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用模式（图1）。因此，石井教授等人使用多光子显微镜来验证在时间和空间下以高分辨率来观察活骨组织中成骨细胞和破骨细胞行为的可行性。
石井教授等使用独特的生物成像技术成功地对活骨组织中的成骨细胞和破骨细胞进行同时观察，并捕捉到两者相互作用的瞬间。从而证明了分别由几十个细胞形成成群的成骨细胞和破骨在某些区域直接接触并相互交流，尽管在它们的大部分边界上没有观察到它们之间的相互接触。在这种细胞间互作的大部分过程中，破骨细胞形成突起并延伸到成骨细胞形成神经突触样结构，并且细胞形态随时间变化而变化（图2）。
图2：活骨组织内部图像。表达Col2.3-ECFP(浅蓝色)的成骨组织与表达TRAP-tdTomato(红色)的破骨组织
此外，利用遇酸释放荧光的pH 荧光探针，通过感应破骨细胞产生的酸来阐明成骨细胞和破骨细胞之间互作的生物学意义。结果表明，相对于未与成骨细胞接触的破骨细胞相比，与成骨细胞接触的破骨细胞溶解骨的能力降低。这证实了成骨细胞和破骨细胞之间的物理接触在骨重塑的调节中起重要作用。
最后，石井教授等人利用本研究中实时成像技术作为药物疗效评估系统。他们专注于甲状旁腺激素(PTH) 类似物的研究，它在临床上用于治疗作骨质疏松症，但其作用机制尚不清楚，并分析了其对活骨组织中成骨细胞和破骨细胞的影响。对分别用 PTH类似物治疗 1 周、3 周和6 周的组进行比较研究，以分析PTH 类似物治疗效果的时间过程。结果，在用PTH 类似物处理三周或更长时间的组中观察到成骨细胞和破骨细胞之间的直接细胞间接触增加（图3a 和图 3b）。这些结果揭示了 PTH 类似物的体内机制，它通过抑制破骨细胞的功能促进成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用并增加骨量。
参考文献
Directcell-to-cell contact between mature osteoblasts and osteoclasts dynamically controlstheir functions in vivo NATURECOMMUNICATIONS | DOI: 10.1038/s41467-017-02541-w