轴突结构分析识别完整与碎裂的 NFH 阳性结构;pTDP-43 斑点面积与数量的统计限定在完整 NFH 阳性轴突区域内。
轴突结构分析识别完整与碎裂的 NFH 阳性结构;pTDP-43 斑点面积与数量的统计限定在完整 NFH 阳性轴突区域内。(NAMs China)

人源共培养中的问题,是不同结构叠在一起

运动神经元远端轴突的变化,是肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)模型中值得量化的表型。2026 年 9 月发表于 Bio-protocol 的方法论文,将人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)来源运动神经元与肌管的分隔式共培养,和 Fiji/ImageJ、CellProfiler 图像分析结合,用于区分轴突结构变化及磷酸化 TDP-43 信号。

在普通混合共培养中,神经元胞体、近端神经突、远端轴突和肌管可能交错,单看荧光强度不容易把结果归到远端轴突。论文采用空间分隔的微流控模型,将分析重点限定在远端区室,再用图像掩膜减少肌肉背景的干扰。

轴突结构和蛋白斑点使用不同统计范围

分析包含两条相关但不同的路径。第一条依据神经丝重链(neurofilament heavy chain,NFH)阳性结构的大小、形态与连续性,区分较完整轴突和碎裂结构,评价结构退变。第二条先建立完整 NFH 阳性轴突的范围,再统计其中的磷酸化 TDP-43 斑点。

后一条并不把原始图像里所有 TDP-43 信号全部相加。作者明确排除了退变轴突碎片及掩膜外信号,因此它描述的是完整轴突内的信号,而非整个远端区室的总聚集负担。这一指标的分母与分析区域均由完整 NFH 阳性结构限定。

面积和密度是两个终点,不宜混成一个数

论文介绍了 TDP-43 斑点面积相对于 NFH 面积的指标,也增加了按 NFH 面积归一化的斑点数密度。面积更大与斑点更多可能反映不同图像特征,需要与结构退变指标分别报告。

半自动分析也仍然依赖阈值、分割和图像质量。作者强调,流程可共享的是分析步骤及参数选择思路,并非所有图像都使用同一数值阈值。原文还讨论了参数记录、文件可追溯性以及盲法独立分析,目的在于减少手工选择带来的偏差。

2026 年方法说明沿用了此前研究的验证资料

作者将此前 2025 年 Nature Neuroscience 研究列为流程应用与验证依据,当前方法文中的代表性定量也由该研究调整展示而来。2026 年文章详细说明图像分析流程,并增加了按 NFH 面积归一化的 TDP-43 斑点数密度指标。

方法图所示 n=28 和 18,分别为来自 3 次独立培养的神经肌肉共培养系统的成像视野数。论文将视野测量与独立培养分别标注,用于呈现图像量化结果。

为候选干预提供区域明确的表型终点

这套流程适合在已有模型中,把候选干预后的结构变化与轴突内蛋白信号分开比较。其与药物 NAMs 的关联,主要在于为人源神经肌肉模型提供定义更清楚的量化终点;2026 年方法文着重介绍流程与分析质量。

作者提出可按研究问题调整分析,用于其他轴突类型或聚集相关蛋白;这些属于可拓展方向,仍需在对应模型中重新确认识别与分割质量。

来源与延伸阅读

  1. Quantitative Analysis of Axonal Degeneration and TDP-43 Aggregation in Compartmentalized Human iPSC-Derived Motor Neuron–Myotube Co-cultures. Bio-protocol. 2026. DOI: 10.21769/BioProtoc.5801 ↗