发光染料让我们可以窥视正在生长的骨骼和牙齿

人体含有岩石的成分：骨骼和牙齿中的钙基矿物质。在生物矿化过程中，人体会产生这些物质，它们会随着生长而变硬。其他骨质、有齿动物的身体也是如此。贝壳中也有这种物质：彩虹色的珍珠母就是通过生物矿化形成的。

但从历史上看，生物学家很难观察到这个过程是如何进行的。现在，科学家们已经能够以生动的 3D 形式观察到它。骨骼和牙齿时空生长监测 (BEE-ST)，这是该技术的创造者对其命名，该技术涉及向新生骨骼或萌芽牙齿添加染料，然后观察颜色随着宿主成分的生长而扩散。

BEE-ST 的创造者今天在《科学进展》杂志上发表了他们的研究成果。如果作者的结论正确，那么这项研究成果不仅对研究骨骼和牙齿如何生长的人大有裨益，而且对那些想自己控制骨骼和牙齿生长的人来说也是一大福音。

“目前，还没有可用的工具来精确监测和测量牙齿在空间和时间上的生长速度，”捷克布尔诺马萨里克大学的发育生物学家、论文作者之一 Jan Křivánek 说道。他们希望 BEE-ST 可以改变这一现状。

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有几种方法可以实现部分目标。如今，科学家和医生可以依靠一种称为微型计算机断层扫描的技术，他们用X射线从多个角度扫描物体，然后将扫描结果拼接成3D图像。虽然这确实为观察者提供了3D视角，但它也只提供了一个快照——时间上的瞬间，而不是连贯的发展序列。

另一个可能的选择是染料。几十年来，骨骼观察者都知道染料和类似物质可以与这些器官中的钙结合。但这远非观察钙基结构如何生长的完美选择。首先，要观察骨骼内部，通常必须从样本中去除钙，从而去除染料。您可以通过切下牙齿或骨骼来解决这个问题，但这只能为您提供更大的 3D 图片的 2D 阴影。

Křivánek 和他的同事们想看看老鼠牙齿是如何生长的，但他们也想用更复杂的方法来观察钙。所以，他们决定采用染色法。幸运的是，在过去几年里，研究人员已经开发出无需去除钙就能观察牙齿内部的技术。他们可以将染料注入正在生长的牙齿或骨骼中，并随时间拍摄其 3D 图像。每隔几天，研究人员就会给实验室老鼠添加一批新染料。当科学家们后来将牙齿放在显微镜下时，结果出现了一系列条纹：每一条条纹都标记着不同的注射。

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在此过程中，他们意识到他们的技术不仅可以用于老鼠牙齿。接下来，他们展示了该技术可以用于老鼠骨骼。然后，他们将研究对象从老鼠扩展到动物王国其他省份的代表，将染料施用于各种脊椎动物：变色龙（爬行动物）、原鸡（鸟类）、青蛙（两栖动物）和斑马鱼（鱼类）。

所有这些花费了克里瓦尼克和同事们数年的时间，但最终他们认为他们已经创建了一种可靠的流程来观察牙齿和骨骼的生长方式。 但这并不意味着它只能用于这个目的。“我们坚信它将进一步适应其他应用，”Křivánek 说道。

其中之一就是组织工程学，即操纵人体组织的科学和技术。“组织”可以是任何东西，从皮肤到肌肉到内脏，甚至是更坚固的材料，比如骨骼和组织中坚硬而坚韧的物质。利用干细胞等工具，科学家可以强化组织、改善组织，甚至尝试从头开始复制组织。这项技术可以帮助治愈骨折或再生缺失的牙齿。

但是，为了制造任何东西，骨匠首先需要了解材料在生长过程中的行为。克里瓦内克认为，这正是他们的方法可以发挥作用的地方。“我们基本上打开了大门，”他说。“让我们看看科学界将如何使用它。”