Unisense微电极系统：打开活体骨髓氧气测量的‘黑箱

尽管骨髓是人体最重要的造血工厂，但科学家长期怀疑其内部是一个独特的“缺氧”环境。这种低氧状态被认为是保护造血干细胞、维持其“青春活力”的关键。然而，过去的所有证据都如同隔靴搔痒——通过分析缺氧相关基因或蛋白的表达来间接推测，从未有人能直接“看到”活体动物骨髓中真实的氧气分布。这种间接方法就像通过观察人们的表情来猜测房间里的空气是否稀薄，既不精确也无法描绘细节。

这项发表于《自然》杂志的研究，如同为科学家配备了一双能够直视生命微观世界的“眼睛”。它首次利用高灵敏度的氧微电极结合先进成像技术，成功地对活体小鼠骨髓中的氧气浓度进行了直接、精确的测量。这一突破不仅证实了骨髓确实是一个整体缺氧的器官，更重要的是，它揭示了氧气浓度在骨髓内部存在惊人的空间异质性，并且这种“氧气地图”会随着化疗、放疗等治疗手段发生剧烈改变。这项研究的意义在于，它为我们理解造血干细胞的生存环境、以及它们如何应对疾病和治疗压力，提供了前所未有的直接证据，为未来开发更精准的干细胞治疗策略和保护措施奠定了坚实基础。

本研究的最大亮点在于其“直接测量”的能力和由此发现的“颠覆性认知”。首先，研究团队巧妙地将双光子磷光寿命显微镜技术与对氧气极其敏感的磷光探针相结合，建立了一套全光学测量系统。这套系统无需插入物理电极到脆弱的骨髓中，避免了组织损伤，却能以微米级的空间分辨率，非接触地读出骨髓内任意一点的精确氧分压。

其次，测量结果挑战了传统认知。尽管骨髓内血管密集，但直接测量显示其平均氧分压显著低于其他组织。更出乎意料的是，最缺氧的区域并非紧贴骨壁的表面，而是深处的窦状隙区域。尤为关键的是，研究发现了表达巢蛋白的特定血管周围的氧气浓度反而较高，这与之前假设的“干细胞偏好缺氧环境”相左。最后，研究揭示了环境的重塑性：当小鼠接受放疗或化疗后，由于骨髓细胞大量减少、耗氧量下降，整个骨髓的氧分压会反常地显著升高，原有的缺氧梯度也随之消失。这些发现共同描绘了一幅动态、复杂且与干细胞命运息息相关的骨髓“氧气地形图”。

为了确保pO2测量的绝对准确性，研究团队使用Unisense氧微电极对实验中所用的磷光探针进行了关键的体外校准。具体操作流程如下：首先，将磷光探针PtP-C343溶解在特定缓冲液中，并置于可控环境中。

然后，将Unisense OX-500型号的氧微电极的敏感尖端插入溶液。这支微电极就像一个高度专业化的“氧气尺”，能够直接、实时地读出溶液中的绝对氧分压值。与此同时，双光子显微镜系统会同步测量探针在不同氧分压条件下的磷光寿命。通过将Unisense微电极测得的客观氧分压数值与显微镜记录的磷光寿命数据一一对应，研究人员便绘制出了一条标准的校准曲线。这条曲线是后续所有活体骨髓内氧分压测量的“标尺”，确保了活体实验数据的可靠性。

扩展数据图2、PtP-C343溶液的pO2值与我们的显微镜记录的磷光寿命测量值的函数关系图。pO2由插入溶液中的氧气微电极测定。实线是不同实验室记录的同一批PtP-C343的已公布校准曲线。

总而言之，这项研究通过创新的光学技术与Unisense微电极的精准校准，首次成功绘制了活体骨髓内的高分辨率“氧气地图”，直接证实了其独特的缺氧特性及内部异质性。它不仅修正了我们对造血干细胞微环境的传统理解，揭示了表达巢蛋白的动脉血管区域具有相对富氧的新特征，更重要的是，发现了化疗、放疗等临床干预手段会显著改变这一微观环境的氧平衡。这些发现如同揭示了一片未知大陆的地理详貌，对未来探索干细胞生物学、优化造血干细胞移植策略以及减轻癌症治疗中的骨髓抑制副作用，都具有深远的指导意义。它标志着我们对生命基本过程的研究进入了一个能够进行直接、精准原位观测的新阶段。

丹麦Unisense微电极可穿刺水体、动物组织、生物膜、颗粒污泥、植物根茎叶、液体-固体扩散边界层，研究微区、微生态的研究系统，微电极穿刺系统可穿刺检测动植物组织器官/沉积物/水/土壤/底泥/生物膜/颗粒污泥等不同深度的nM级O₂、NO、N₂O、H₂S、H₂、pH、氧化还原电位、温度等指标变化。unisense微电极尖端最细可达几微米，不破坏被测点微环境，无损伤。