【论文推荐】高分辨率的micro-CT技术推动剖析尿结石的形成机制

肾结石生长的分子机制在很大程度上是未知的。尿液中的有机分子与矿物晶体结合形成结石，但对结石基质的分析发现了超过一千种不同的蛋白质，但人们还是不知道是哪些蛋白质在促成结石的生长。存在于结石每一层的分子有可能具备这种基本功能，因此有必要在微观层面上分析结石基质。为此，研究人员使用micro-CT技术进行精确定位，对肾结石进行了脱矿、切片、染色和显微成像。 

组织学染色显示，结石内相邻层的密度存在异质性。其他结果还显示了脱钙后的肾结石中明亮而独特的自发荧光模式，这表明相邻层的有机成分是不均匀的。研究人员使用激光显微切割（LMD）对草酸钙（CaOx）结石的区域进行剖析，以进行蛋白质分析。脱矿CaOx结石切片的大面积区域的LMD产生了与粉碎的CaOx结石的不同标本中发现的相同蛋白质。

这些创新型方法让我们可以在异质的结石基质中深入了解蛋白质组成信息。在空间上始终与矿物沉积一致的蛋白质将是对结石生长至关重要的分子。这类分析将需要评估结石基质中数千种蛋白质中哪些可能是结石生长的基础。

结石标本：作为 IRB 批准的研究 (IU IRB #1010002261) 的一部分，在内窥镜手术过程中收集了结石，或者作为从当地结石分析机构 (Beck Analytical Services) 丢弃的废料接收。这些结石在没有任何其他患者或临床特征的情况下来到我们面前。使用最终体素尺寸为 2-8 µm 的micro-CT（Skyscan 1172 micro-CT 系统；布鲁克micro-CT）对结石进行拍照、干燥和扫描。本文中报道的肾结石仅包括那些以一水CaOx （COM，晶体名称：白钨矿）为主要矿物质的肾结石。矿物鉴定使用红外光谱方法确认（Williams 等，2010）。

肾结石的制备和脱矿：肾结石嵌入 6%–7% Knox 明胶（卡夫食品）或 HistoGel（Thermo Fisher Scientific）中，并通过显微 CT 扫描以确认方向。随后，将凝胶嵌入结石浸入 1:1 比例的 5% 多聚甲醛和 10% 乙二胺四乙酸，pH 7.4，室温下，每天更新。当micro-CT 看不到结石时，认为脱矿已完成（如下图）。

micro-CT 可确保 Randall 的斑块结石在组织学中的正确定向和定位，并准确评估矿物质损失。（a）micro-CT 切片显示附着在 Randall（间质）斑块上的结石的外观。比例尺 = 250 µm。CaOx：草酸钙（在这种情况下，是纯 CaOx 一水合物，COM）。照片（图 b 和 c 的上部）显示了脱矿前后结石在凝胶内的整体结构。b 和 c 的下图显示了 Randall 斑块上 CaOx 结石在脱钙之前和之后的micro-CT“鬼影”图像，在该过程结束时显微 CT 没有可见性。该结石来自一位因多发性肾结石而接受双侧输尿管镜检查的患者。患者男性，78 岁，有结石病史。尿液是典型的 CaOx 结石形成者，多次 24 小时收集平均 2.9 L 体积，pH 6.61，Ca 278 mg，草酸盐 35 mg，柠檬酸盐 > 1,200 mg，CaOx 过饱和度为 4.7，CaP 为 1.6。

论文来源：

• Canela V H, Bledsoe S B, Lingeman J E, et al. Demineralization and sectioning of human kidney stones: A molecular investigation revealing the spatial heterogeneity of the stone matrix[J]. Physiological Reports, 2021, 9(1): e14658.