人胚胎肾微细结构三维重建- - 基于计算机辅助的组织连续切片追踪技术

肾脏在发生发育过程中形成上百万肾单位，具有精致的微细结构和严格的空间排列。这种结构的高度复杂性是其执行正常重吸收功能的基础。申请人在前期工作中，借助现代计算机技术，结合经典生物学标本制作技术，研究成年及发育期小鼠肾微细结构三维排列及毗邻关系，以及多种膜转运蛋白的分布，研究结果多次发表在国际肾学权威杂志KI和JASN上。此次申请的项目针对人胚胎肾组织的特点，改良了生物标本制作和蛋白表达检测技术，并自主研发了计算机海量图像处理技术，拟将人肾发生发育中微细结构三维可视化，并进行毗邻关系分析，进而定位细胞诸多活动相关蛋白的表达，建立包括时间在内的四维肾发生发育数据库，揭示人胚胎肾组织微细结构发生和演变细节和规律，并探讨发育成熟过程中细胞增殖、凋亡，以及物质转运等活动的内在联系，为发育生物学工作者解读错综复杂的肾发育分子生物学机制提供组织细胞学依据，共同完善肾发生发育理论。

1989年Barker首次提出，胎儿期发生的事件可能对出生后的整个生命过程的健康状况都将产生影响。之后，越来越多的研究显示，肾脏是发生发育期受不利的环境因素影响在成年期将形成某些疾病的重要器官之一。肾脏在发生发育过程中形成上百万肾单位，具有精致的微细结构和严格的空间排列。这种结构的高度复杂性是其执行正常生理功能以及发生病理生理过程的基础。项目主持人多年来在国内外肾学研究室借助多学科交叉技术，从事肾微细结构三维排列和重要转运功能的研究，研究结果多次发表在国际肾脏学权威杂志JASN和KI上。在前两个国家自然科学基金的资助下，完成了成年小鼠肾水通道蛋白-1分布及发育期小鼠肾凋亡与增殖等细胞活动定位的研究，研究的基础是微细结构的三维立体重构，研究结果分别发表在Journal of American Society of Nephrology（JASN）和Plos One上，前者并附了编者按评论其重要意义。另有评论该发现的文章获得Faculty of 1000 Medicine 网站最高分（医学论著权威评论网站)。对AQP-1分布的研究修正了以往对髓襻水转运进而影响髓质渗透梯度形成的理解。此次一年期小额资助项目针对人胚胎肾组织的特点，改良了生物标本制作和蛋白表达检测技术，并自主研发了计算机海量图像处理技术，初步完成了18周胎龄肾的连续切片及图像配准，进而定位细胞活动诸多相关蛋白，如AQP-1和-2，megalin和cubilin，H-ATP酶等的表达。能用现代的多学科技术手段完成人肾发生发育微细结构的三维毗邻关系的建立在国内外尚属首创，奠定了探索肾生理功能及先天和后天病理生理过程的理论基础。与此同时，项目组对已结题的两个国家自然科学基金项目进行了深入研究及数据分析，并为获得国家自然科学基金全额资助的下一个项目开展了新的探索。