表一:經過短暫的左側MCAO及隨后的24小時再注入后前后,體內左右半球ROI的內源熒光強度(FI)和熒光壽命(?)值。動物在再灌注結束時注入50毫升鹽水,注入后15分鐘使用 eXplore Optix成像。
| 左 FI [AU] tav [ns] | 右 FI [AU] tav [ns] | |||
| 體內 MCAO前 MCAO后 | 800 ± 20 1180 ± 25*? | 1.0 ± 0.1 1.3 ± 0.1* | 850 ± 30 930 ± 35 | 1.0 ± 0.1 0.9 ± 0.1 |
| 體外 對照 MCAO后 | 800 ± 25 1000 ± 20* | 0.5 ± 0.1 0.9 ± 0.1* | 800 ± 25 800 ± 15 | 0.5 ± 0.1 0.5 ± 0.1 |
熒光壽命分析采用雙指數函數LM算法。熒光起那個毒FI使用任意單位。?av—熒光壽命平均數。具體數值是指去除背景干擾后±SD。n=6組。*表示大腦左右半球p < 0.05 (t-測驗),?表示MCAO前后p < 0.05 (t測驗)。
適度的MCAO后BBB滲透率的縱向評價
為評價時域光學技術在評價經過MCAO后的BBB滲透性的縱向變化的有效性。我們使用短暫的20分鐘的MCAO損傷,產生微小的損傷影響平層下結構和白質,這樣可以使小動物縱向研究中可以存活長達14天。
因為外溢的Cy5.5經過24小時后從大腦中消除(資料未顯示),不留殘余的信號,這樣可能可以通過重復注入Cy5.5來估計BBB縱向滲透性位點,假如注射間隔要長于24小時(圖6A)。對照組的動物血管內皮不滲透Cy5.5(圖6B)。濃度/深度信息結合3D重建表明再灌注14天后Cy5.5濃度兩側的變化。24小時時左半球Cy5.5濃度信號表現出偏側性(圖6B);隨后信號早MCAO7天后在左右半球都有增加;MCAO14天后,在模擬組動物的兩側信號基本相同(見圖6B)。經過適度的MCAO后Cy5.5濃度信號的定量分析見圖6C;缺血半腦的信號明顯的高于對側半球(見圖6C)。



圖六:經過短暫的20分鐘左側MCAO后動物BBB滲透性的縱向分析(使用eXplore Optix)。A,實驗方法圖。B,同一只動物在MCAO前和MCAO后不同時間(1,7和14天)頭部ROI部位體內成像的典型圖像。小鼠成像15分鐘前注入100 nmol Cy5.5,模擬組注入Cy5.5作為對照。C,大腦左半球缺血(實心正方形)和右半球(實心三角形)以及模擬組動物(空心正方形)的平均熒光強度的定量分析。
每一個點表示從六個動物大腦半球ROI獲得的平均FI±SD。*左右半球有顯著性差異(p < 0.05);?表示缺血前值有顯著性差異((p <0.05;ANOVA)
討論
本研究首次時使用時域光學技術用于非入侵體內評價實驗進程的定位、過程和分辨率。這種技術,與連續波和基于頻域范圍的光學成像技術,該技術可以檢測光學濃度和組織深度,以及測量外源或內源熒光團的熒光壽命。盡管它缺少空間分辨率,但是該技術的靈敏度優于MRI小動物成像系統,能夠檢測到標記物濃度的微小變化。體內多光子顯微技術,使用近紅外波激發而且允許亞微米分辨率的體內成像及大腦表面一下幾百微深度,最近,可用于研究腦學系統。然而,盡管高分辨率,體內多光子顯微本質上仍然是入侵技術,需要打開腦的,因此適用于分析空間有限的腦區域,不適用于疾病的前瞻性研究。這項研究表明時域光學成像技術能探測腦梗塞損傷的實驗模型,并以其靈敏度高,能提供信息和動態范圍的血腦屏障干擾的一種非侵入性、卒中后的前瞻性的方法。
大腦毛細管內皮生理情況下可以選擇性注入營養,但阻止大多數循環的化合物,包括治療藥物和造影劑到達大腦。血腦屏障干擾由炎癥性疾病,中風,大腦外傷性腦損傷,或腦部腫瘤被剝削傳遞顯像劑如釓腦和生產對比度增強腦部病變及周圍描繪腦水腫。然而,令人驚訝地是,很少知道缺血性腦損傷的過程中中斷期間血腦屏障時間動力學、空間分布、尺寸的選擇性。
目前一些文獻對于方法上的共識是轉化研究,在這一領域叫做“時間過程量化的障礙的分子分解到不同尺寸的不同類型的神經創傷后,作為一種研究優先”。本研究報道了一種新的體內成像的方法,應用于BBB滲透性檢測和缺血注入;利用這種方法我們可以確定在嚴重的MCAO后血腦屏障紊亂的大小選擇性,以及適度的MCAO后血腦屏障紊亂的動力學。
本研究中首次描述了利用時域光學技術,清楚的證明了在60分鐘MCAO后24小時,不論是小的還是大的MW示蹤劑BBB都出現在缺血大腦區域;這能夠可靠地描繪出在熒光強度增強和提高光學探頭濃度。體內采用熒光顯微鏡觀測顯示一個Cy5.5溢出。
通過比較Cy5.5和BSA-Cy5.5表明MCAO后24小時缺血核心區域的兩種示蹤劑分子量大小對BBB沒有影響。然而,3D重建分析證實了與BSA-Cy5.5相比,在半側區,特別是接近大腦中心區域的Cy5.5濃度信號明顯的增強了。這一觀察結果表明,MCAO后,大的MW示蹤劑BBB滲透性被TTC染色限定了區域,然而小的MW示蹤劑與大的及TTC劃分界限的梗死體積相比,有更廣泛的空間分布。再灌注后體外大腦成像的y5.5和BSA-Cy5.5增強的區域略少于體內,表明在體內有從頭顱和表明的內散色。顯微鏡下,Cy5.5外溢也持續證實了在側前方額部分。
血腦屏障干擾變化的空間分布和大小的選擇已經早期的風研究中提出。使用放射性同位素示蹤物研究大樹的結果表明,在短暫的全腦球缺血或經過兩小時中心缺血后24小時,蔗糖(342 Da)的轉換系數比大分子的菊粉(5,000 Da)高三倍。最近的一項研究顯示大樹精3小時MCAO后24小時釓噴酸莆氨(Gd-DTPA) (550 Da)與BSA- Gd-DTPA(68kDa)的多核磁共振譜分布區域增強。Gd-BSA-EB (Evan’s blue)增加區域與Gd-DTPA增加區的Tl-sat的同步變化大,這表明,血腦屏障損傷的一個主要因素是對比增強的不同。