表一:经过短暂的左侧MCAO及随后的24小时再注入后前后,体内左右半球ROI的内源荧光强度(FI)和荧光寿命()值。动物在再灌注结束时注入50毫升盐水,注入后15分钟使用 eXplore Optix成像。



左 FI [AU]            tav [ns]FI [AU]             tav [ns]

体内 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
体外   对照   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

荧光寿命分析采用双指数函数LM算法。荧光起那个毒FI使用任意单位。av—荧光寿命平均数。具体数值是指去除背景干扰后±SD。n=6组。*表示大脑左右半球p < 0.05 (t-测验),†表示MCAO前后p < 0.05 (t测验)。

适度的MCAO后BBB渗透率的纵向评价

为评价时域光学技术在评价经过MCAO后的BBB渗透性的纵向变化的有效性。我们使用短暂的20分钟的MCAO损伤,产生微小的损伤影响平层下结构和白质,这样可以使小动物纵向研究中可以存活长达14天。

因为外溢的Cy5.5经过24小时后从大脑中消除(资料未显示),不留残余的信号,这样可能可以通过重复注入Cy5.5来估计BBB纵向渗透性位点,假如注射间隔要长于24小时(图6A)。对照组的动物血管内皮不渗透Cy5.5(图6B)。浓度/深度信息结合3D重建表明再灌注14天后Cy5.5浓度两侧的变化。24小时时左半球Cy5.5浓度信号表现出偏侧性(图6B);随后信号早MCAO7天后在左右半球都有增加;MCAO14天后,在模拟组动物的两侧信号基本相同(见图6B)。经过适度的MCAO后Cy5.5浓度信号的定量分析见图6C;缺血半脑的信号明显的高于对侧半球(见图6C)。
 

 

 

 

 

 

图六:经过短暂的20分钟左侧MCAO后动物BBB渗透性的纵向分析(使用eXplore   Optix)。A,实验方法图。B,同一只动物在MCAO前和MCAO后不同时间(1,7和14天)头部ROI部位体内成像的典型图像。小鼠成像15分钟前注入100  nmol  Cy5.5,模拟组注入Cy5.5作为对照。C,大脑左半球缺血(实心正方形)和右半球(实心三角形)以及模拟组动物(空心正方形)的平均荧光强度的定量分析。
每一个点表示从六个动物大脑半球ROI获得的平均FI±SD。*左右半球有显著性差异(p < 0.05);†表示缺血前值有显著性差异((p <0.05;ANOVA)

 

 

讨论

本研究首次时使用时域光学技术用于非入侵体内评价实验进程的定位、过程和分辨率。这种技术,与连续波和基于频域范围的光学成像技术,该技术可以检测光学浓度和组织深度,以及测量外源或内源荧光团的荧光寿命。尽管它缺少空间分辨率,但是该技术的灵敏度优于MRI小动物成像系统,能够检测到标记物浓度的微小变化。体内多光子显微技术,使用近红外波激发而且允许亚微米分辨率的体内成像及大脑表面一下几百微深度,最近,可用于研究脑学系统。然而,尽管高分辨率,体内多光子显微本质上仍然是入侵技术,需要打开脑的,因此适用于分析空间有限的脑区域,不适用于疾病的前瞻性研究。这项研究表明时域光学成像技术能探测脑梗塞损伤的实验模型,并以其灵敏度高,能提供信息和动态范围的血脑屏障干扰的一种非侵入性、卒中后的前瞻性的方法。

大脑毛细管内皮生理情况下可以选择性注入营养,但阻止大多数循环的化合物,包括治疗药物和造影剂到达大脑。血脑屏障干扰由炎症性疾病,中风,大脑外伤性脑损伤,或脑部肿瘤被剥削传递显像剂如钆脑和生产对比度增强脑部病变及周围描绘脑水肿。然而,令人惊讶地是,很少知道缺血性脑损伤的过程中中断期间血脑屏障时间动力学、空间分布、尺寸的选择性。

目前一些文献对于方法上的共识是转化研究,在这一领域叫做“时间过程量化的障碍的分子分解到不同尺寸的不同类型的神经创伤后,作为一种研究优先”。本研究报道了一种新的体内成像的方法,应用于BBB渗透性检测和缺血注入;利用这种方法我们可以确定在严重的MCAO后血脑屏障紊乱的大小选择性,以及适度的MCAO后血脑屏障紊乱的动力学。
本研究中首次描述了利用时域光学技术,清楚的证明了在60分钟MCAO后24小时,不论是小的还是大的MW示踪剂BBB都出现在缺血大脑区域;这能够可靠地描绘出在荧光强度增强和提高光学探头浓度。体内采用荧光显微镜观测显示一个Cy5.5溢出。

通过比较Cy5.5和BSA-Cy5.5表明MCAO后24小时缺血核心区域的两种示踪剂分子量大小对BBB没有影响。然而,3D重建分析证实了与BSA-Cy5.5相比,在半侧区,特别是接近大脑中心区域的Cy5.5浓度信号明显的增强了。这一观察结果表明,MCAO后,大的MW示踪剂BBB渗透性被TTC染色限定了区域,然而小的MW示踪剂与大的及TTC划分界限的梗死体积相比,有更广泛的空间分布。再灌注后体外大脑成像的y5.5和BSA-Cy5.5增强的区域略少于体内,表明在体内有从头颅和表明的内散色。显微镜下,Cy5.5外溢也持续证实了在侧前方额部分。

血脑屏障干扰变化的空间分布和大小的选择已经早期的风研究中提出。使用放射性同位素示踪物研究大树的结果表明,在短暂的全脑球缺血或经过两小时中心缺血后24小时,蔗糖(342  Da)的转换系数比大分子的菊粉(5,000 Da)高三倍。最近的一项研究显示大树精3小时MCAO后24小时钆喷酸莆氨(Gd-DTPA)  (550 Da)与BSA- Gd-DTPA(68kDa)的多核磁共振谱分布区域增强。Gd-BSA-EB (Evan’s  blue)增加区域与Gd-DTPA增加区的Tl-sat的同步变化大,这表明,血脑屏障损伤的一个主要因素是对比增强的不同。