活体生物成像新技术

据Fraser SE(Nat Methods,2011 Jul 17.[Epub ahead of print])报道,美国加州理工学院、贝克曼研究院等机构的科研人员研发了一种新技术,能帮助科学家们获得同时具有高分辨率、高穿透深度,以及高成像速度的活体生物样品光学成像图片。这对于生物技术研究来说意义重大。     

T细胞运载金纳米粒子活体成像的初步实验

目的为直观评价过继免疫疗法的疗效,尝试用电穿孔法将显像剂标记的金纳米粒子（AuNPs）导入T细胞,再对T细胞进行活体成像。方法3只雄性BALB/C-nu/nu裸鼠,6周龄,体质量18～22 g。①以氨羧络合剂（DTPA或DOTA）对AuNPs的表面进行改性,再用聚乙二醇（PEG）修饰,最后对AuNPs进行111In或64Cu标记。②通过电穿孔法将AuNPs导入正常人T细胞。③将含111In标记AuNPs的T细胞直接注射到裸鼠1肺内,采用微型单光子发射计算机断层成像术（micro-SPECT）/CT对其活体成像。再以微型正电子发射断层成像术（micro-PET）/CT对含有64Cu标记AuNPs的T细胞于裸鼠2及64Cu标记AuNPs于裸鼠3体内生物学分布进行活体成像。结果电穿孔法将111In标记的AuNPs导入T细胞后直接注射入裸鼠1肺内,以micro-SPECT/CT对其成像,结果为阳性,裸鼠1右肺内见高摄取区。用正电子核素64Cu标记AuNPs,同时尝试各种电转条件以进一步提高转染效率（2.3×105AuNPs/cell）和细胞存活率（65.4%）,经尾静脉注射入裸鼠2体内,micro-PET/CT于注射后立刻成像、注射后2 h及18 h分别成像,清晰地显示含有64Cu标记AuNPs的T细胞在正常裸鼠2体内的动态生物学分布。作为对照,同时对64Cu标记的AuNPs本身于裸鼠3体内活体成像,发现含有AuNPs的T细胞与AuNPs本身的生物学分布显著不同。结论初步研究表明运载显像剂标记AuNPs的T细胞活体成像是可以实现的。     

猴脑选择性超深低温断血流的影像和病理研究

目的探讨猴脑选择性超深低温断血流复苏前后的影像和病理变化。方法4~10岁健康恒河猴10只,随机分为三组:四血管(双侧颈总动脉及椎动脉)阻断冷灌注组,两血管(双侧颈总动脉)阻断等温灌注组,两血管阻断冷灌注组。常温下临时阻断双侧颈部血管后,通过一侧颈内动脉冷灌注,同侧颈内静脉回流,阻断其它颈部血管,建立选择性脑局部体外循环通路,降低脑温至(15.1±0.9)℃,60min恢复脑血流,实验动物自然复苏.于手术前,恢复脑血流后4h、24h、72h、21d分别行常规MRI(扫描序列包括T1WI、T2WI)弥散加权成像(diffuseweightedimagine,DWI)MRI,手术中持续监测生命体征及血流动力学指标变化,术后每周行神经功能缺失评分,脑组织及主要脏器行光镜观察。结果在10只实验猴中,两血管阻断冷灌注组4只恒河猴术中、术后血流动力学稳定,灌注60min后安全复苏并长期存活,术后头颅常规MRI和DWI检查未见异常,术后神经功能评分无异常,主要器官组织形态未见异常;两血管阻断等温灌注组2只及四血管阻断冷灌注组4只于灌注60min后均未能安全复苏,术后24h内死亡,四血管组1例术后存活超过6h,行DWI发现右基底节区有梗塞灶;余术后全部死亡,主要器官组织形态可见不同程度异常。结论猴脑在选择性超深低温状态下,阻断双侧颈总动脉血流60min后可安全复苏,阻断血流及复苏对血流动力学、脑组织形态及神经功能无明显影响。     

小动物活体成像技术研究进展

随着小动物成像技术的发展,活体小动物非侵袭性成像在临床前研究中发挥着越来越重要的作用.本研究围绕可见光成像、核素成像、核磁共振成像、计算机断层摄影成像和超声成像等5种小动物成像技术,总结其特点及主要应用,比较各种技术的优势和劣势,并讨论小动物活体成像技术的发展趋势.     

活体动物光学成像技术与应用研究

活体动物光学成像是利用生物发光及荧光技术在活体动物体内进行生物标记通过光学成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的生物学过程。按发光模式可分为生物发光和荧光两类。相对于传统动物实验研究方法,具有无创、可多次重复、实时活体成像、灵敏、安全等优势,这项技术在标记活体内肿瘤活体细胞示踪、标记基因及转基因动物等方面的应用广泛。     

基于定量磁化率成像的脑发育及老化研究进展

铁元素和髓鞘的变化间接反映了大脑结构与功能的改变,并与多种神经退行性疾病相关。在脑发育及老化过程中,铁元素沉积和髓鞘形成与脱落的过程会引起脑组织磁化率数值的改变。定量磁化率成像（QuantitativeSusceptibility Mapping,QSM）是一种基于梯度回波（Gradient Recalled Echo,GRE）序列对磁化率进行定量的磁共振成像手段,可定量脑灰质中铁元素的沉积和脑白质中髓鞘的含量。有研究表明,可以基于QSM图像用指数和泊松函数拟合脑发育过程中铁元素与髓鞘的发展轨迹,得到与组织学等其他定量手段相似的结论。在此基础上,研究人员构建了基于QSM图像的全年龄脑图谱,为研究铁元素和髓鞘在脑老化及神经退行性疾病中的作用提供了基础。该文介绍了QSM成像原理及其在脑发育及老化定量研究中的最新进展。     

早期帕金森病相关脑结构的定量磁化率成像

目的 应用3T磁共振T1加权成像和定量磁化率成像分析早期帕金森病（PD）患者深部灰质核团体积的变化,探究深部灰质核团磁化率值在帕金森病患者和健康对照者之间的差异,探讨磁化率值在早期PD诊断中的意义,以及定量磁化率成像对于黑质小体-1的显示情况。方法 30例早期PD患者和27例年龄、性别、教育程度匹配的健康对照者,分割双侧尾状核、壳核、苍白球、黑质和红核,测量核团的体积和平均磁化率值,使用SPSS 20.0软件对数据进行统计学分析,并对磁化率值进行逻辑回归。结果 早期PD患者组和健康对照组上述核团标准化体积之间差异无显著性;早期PD患者组右侧苍白球、左侧黑质和右侧黑质的磁化率值显著高于健康对照组（P<0.05）;上述核团磁化率值经逻辑回归变换后得到的受试者工作特征曲线下面积为0.93;在21例健康对照者和1例早期PD患者的定量磁化率图像上看到了黑质小体-1。结论 定量磁化率图像在诊断早期PD中具有很高的应用价值;大部分健康对照者的黑质小体-1在定量磁化率图像上可以显示,但更精确的研究需要<1mm分辨率的定量磁化率图像。     

猴脑选择性超深低温模型中超滤对血容量的影响

目的通过研究猴脑选择性超深低温断血流复苏模型超滤前、中、后红细胞压积、血红蛋白、血糖等的变化,说明超滤可保证超深低温灌注过程中模型的稳定性,有利于恒河猴复苏。方法健康成年恒河猴15只,建立脑选择性超深低温模型,分别于术前、血液稀释后转流中30min、超滤停机后5min取样测定血糖、红细胞压积、血浆总蛋白。采用SPSS12．0软件包分析,采用单因素方差分析结果,P〈0．05认为差异有显著性。结果超滤后血糖明显升高,红细胞压积和血红蛋白在血液稀释后下降明显,超滤后明显回升,血容量基本维持平衡。结论猴脑选择性超深低温模型中应用超滤方法维持灌注前后渗透压的平衡,减轻血液稀释,减轻组织水肿,有利于恒河猴断血流后的复苏。     

葡聚糖包裹超顺磁性氧化铁纳米材料用于关节软骨磁共振T2-Map成像研究

本研究制备了粒径(18±2)nm的葡聚糖包裹的超顺磁性氧化铁纳米颗粒,作为磁共振T2造影剂,对兔关节软骨进行增强磁共振T2-Map成像,并分析注射前后24 hT2弛豫时间的变化,发现T2弛豫时间均下降。行组织病理学普鲁士兰染色,发现软骨基质及细胞内均有氧化铁纳米颗粒的存在,说明葡聚糖包裹超顺磁性氧化铁纳米材料可应用于关节软骨磁共振增强成像。     

生物发光技术在活体成像检测中的应用

生物发光体内成像检测技术已广泛应用于许多动物实验中,其优势在于可对特定的细胞和分子行为进行非侵入性的体内评价和连续动态研究,这些细胞和分子往往是药物作用或基因治疗的靶点。该技术有效减少了所需实验动物的数量,也减小了因个体差异引起的误差,改进了数据点的质量。     

定量磁化率成像对多发性硬化患者颅内铁沉积的初步研究

目的:采用定量磁化率成像(QSM)方法观察多发性硬化(MS)患者病灶性质以及正常表现白质区域(NAWM)、灰质核团区域磁化率改变情况。方法:分别采集23例MS患者与9名正常志愿者的QSM数据,独立样本t检验进行患者组与对照组之间灰质核团、NAWM磁化率的差异分析,并采用Spearman相关分析观察患者组的灰质核团、病灶平均磁化率、病灶总负荷及各临床指标之间的相关性。结果:病灶主要表现为结节状高信号、环形高信号及等信号。MS患者组与对照组在NAWM区域的磁化率平均值的差值存在差异(P0.05),而在各灰质核团的磁化率平均值的差值无显著统计学差异。患者组的病灶平均磁化率与壳核、齿状核的磁化率存在正相关(P0.05),患者组的病灶总负荷及病程与苍白球、丘脑、红核的磁化率存在正相关(P0.05)。扩展残疾状态量表评分与病灶平均磁化率及各灰质核团的磁化率均没有相关性。结论:QSM可用于MS患者颅内铁含量的定量检测,同时能为无强化病灶的活动性判断提供较宽的时间窗。MS患者颅内的NAWM存在潜在的病理生理学异常。     

9.4 T small animal MRI using clinical components for direct translational studies

Background

Magnetic resonance is a major preclinical and clinical imaging modality ideally suited for longitudinal studies, e.g. in pharmacological developments. The lack of a proven platform that maintains an identical imaging protocol between preclinical and clinical platforms is solved with the construction of an animal scanner based on clinical hard- and software.

Methods

A small animal magnet and gradient system were connected to a clinical MR system. Several hardware components were either modified or built in-house to achieve compatibility. The clinical software was modified to account for the different field-of-view of a preclinical MR system. The established scanner was evaluated using clinical QA protocols, and platform compatibility for translational research was verified against clinical scanners of different field strength.

Results

The constructed animal scanner operates with the majority of clinical imaging sequences. Translational research is greatly facilitated as protocols can be shared between preclinical and clinical platforms. Hence, when maintaining sequences parameters, maximum similarity between pulses played out on a human or an animal system is maintained.

Conclusion

Coupling of a small animal magnet with a clinical MR system is a flexible, easy to use way to establish and advance translational imaging capability. It provides cost and labor efficient translational capability as no tedious sequence reprogramming between moieties is required and cross-platform compatibility of sequences facilitates multi-center studies.

     

超顺磁性氧化铁粒子(SPIO)的弛豫率及磁化率研究

本文采用Ｃａｒｒ－Ｐｕｒｅｌ－Ｍｅｉｂｏｏｍ－Ｇｉｌ序列及古埃氏法分别测定了超磁显注射液与Ｅｎｄｏｒｅｍ的弛豫率和磁化率，结果表明：超磁显注射液的Ｔ２弛豫率与磁化率分别为０．１３８２９×１０６ｍｏｌ－１．ｓｅｃ－１和３０３４６×１０－６ｃｇｓ／ｇＦｅ，与进口Ｅｎｄｏｒｅｍ的Ｔ２弛豫率（０．１６５７１×１０６ｍｏｌ－１·ｓｅｃ－１）及磁化率（３４６５８×１０－６ｃｇｓ／ｇＦｅ）十分相近。我们制备的超磁显注射液与进口同类产品Ｅｎｄｏｒｅｍ具有相似的磁学特性及相似的造影效果。     

高分辨黑血磁共振成像定量评价蛛网膜颗粒

目的评价高分辨黑血磁共振成像技术(BB-MRI)对蛛网膜颗粒定量评价的准确性。方法前瞻性纳入经时间飞跃法磁共振静脉造影(TOF-MRV)诊断存在蛛网膜颗粒的25名患者,进行BB-MRI扫描。对于每个测量对象(蛛网膜颗粒),在TOF-MRV图像上选取蛛网膜颗粒最大层面,将BB-MRI图像与之进行配准,获得重建图像。由两名有经验的放射科医师分别对TOF-MRV和BB-MRI图像上蛛网膜颗粒最大径线和最大截面积行双盲测定,比较两种方法测量指标的差异。结果在25名患者中,TOF-MRV共发现26个蛛网膜颗粒,BB-MRI方法均能正确检出。TOF-MRV和BB-MRI测定的蛛网膜颗粒最大径线平均值分别为(7.1±2.2)mm和(7.2±2.1)mm(P0.05),最大截面积平均值分别为(25.3±8.8)mm~2和(25.4±8.8)mm~2(P0.05)。BlandAltman分析显示蛛网膜颗粒最大径线、最大截面积的测量,两种方法具有良好的一致性。结论 TOF-MRV和BB-MRI技术均能无创性直观显示蛛网膜颗粒,可用于蛛网膜颗粒和静脉窦相关疾病的临床鉴别诊断。     

小鼠颅骨视窗及其在光学活体脑成像研究中的应用

小鼠颅骨视窗作为一种活体光学脑成像辅助工具,以其原位表征、实时观察、长期活体脑成像等优势,成为脑部疾病及神经元突触生长等研究的重要手段之一。小鼠颅骨视窗不仅可以对颅骨下软脑膜血管及血管内红细胞流速、流态变化进行定量分析,在结合荧光标记物与光学显微镜后,还可以对脑部皮层下组织、神经细胞的变化进行清晰成像。过去数十年,科研人员利用小鼠颅骨视窗深入研究了偏头痛、阿尔兹海默症、神经突触等病理生理过程,并取得了大量突破性进展。同时,随着光学成像工具性能的提升,小鼠颅骨视窗的应用也得到了进一步拓展。本文主要介绍颅骨视窗的发展史、构建方法,结合荧光探针及光学成像方法的研究,全面总结了近年来小鼠颅骨视窗在光学脑成像研究中的应用,包括脑内重要生物分子成像、细胞成像、血管及血流成像、神经环路可塑性及神经功能成像、疾病发生机理及药物开发研究等,最后讨论了小鼠颅骨视窗在实际应用中面临的问题,并对其未来应用进行了展望。     

双光子活体成像技术及其在免疫学中的应用

免疫应答的重要特征是运动性。双光子或多光子荧光显微成像技术以其组织器官穿透性深、光漂白及光毒性低等独特优势,成为活体内研究免疫应答过程的重要工具。本文首先介绍双光子活体成像技术的方法学原理及技术特点,随后简述其引入免疫学的历史。最后,本文重点从技术运用的角度,概括总结了双光子活体成像技术在免疫学研究中的应用。     

超顺磁性氧化铁粒子（SPIO）的驰豫率及磁化率研究

本文采用Ｃａｒｒ－Ｐｕｒｅｌｌ－Ｍｅｉｂｏｏｍ－Ｇｉｌｌ序列及古埃及氏法分别测定了超磁显注射液与Ｅｎｄｏｒｅｍ的驰豫率和磁化率，结果表明：超磁显注射液的Ｔ２驰豫率与磁化率为０．１３８２９＊１０＾６ｍｏｌ＾－１．ｓｅｃ＾－１和３０３４６＊１０＾－５ｃｇｓ／ｇＦｅ与进口Ｅｎｄｏｒｅｍ的Ｔ２驰豫率及磁化率十分相近。     

基于Nakagami统计参量的活体微波热消融超声监控成像研究

为了验证采用超声Nakagami统计参量成像对微波热消融治疗过程进行监控成像的可行性,本文提出并研究了采用超声Nakagami统计参量成像对活体猪肝脏和肾脏的微波热消融过程进行监控成像的方法。本文对5头实验猪进行微波热消融治疗,治疗中同步采集超声射频(RF)数据,实验后计算了热凝固区域超声Nakagami统计参量的动态变化,同步构建超声B模式图像和Nakagami统计参量图像,并计算热凝固区域和周边正常组织之间的对比噪声比值(CNR)。微波热消融后,超声Nakagami统计参量图像中出现高亮强回声区域,并随着治疗时间的增加而逐步增大。经计算,肝、肾的超声Nakagami统计参量平均值分别从治疗前的0.78、0.79增大到0.91、0.92;肝、肾的超声Nakagami统计参量图像的CNR平均值从0.49、0.51增加到1.13、0.85,均高于相应超声B模式图像的CNR值。本研究表明,使用超声Nakagami统计参量成像在微波热消融治疗中进行监控具有一定的可行性。     

细胞因子对猴脑选择性超深低温断血流复苏缺血性脑保护的影响机制

目的观察猴脑选择性超深低温断血流复苏实验前后血清中细胞因子的动态变化，了解脑缺血后选择性超深低温复苏对缺血性脑保护的炎性机制。方法健康恒河猴4只，先阻断双侧颈总动脉血流10min，然后建立闭胸式脑局部体外循环，行一侧颈内动脉冷灌注，同侧颈内静脉回流。60min后恢复脑血流，自然复苏。应用ELISA法统一测定实验前后猴血清中IL-2、IL-10、TNF-α、IFN-γ的浓度。结果4只恒河猴术后安全复苏并长期存活，术后头颅MRI检查正常，术后神经功能评分无异常。四种细胞因子在灌注结束后较术前均明显增高（P〈0．05），24h后恢复至术前水平，72h测得值与术前无显著差异（P〉0．05）。Spearman相关系数统计显示不同时间点促炎因子IL-2、TNF-α、IFN-γ与抑炎因子IL-10之间呈明显的正相关。结论猴脑选择性超深低温断血流复苏可引起抗炎细胞因子与促炎细胞因子一过性增高，其中抑炎因子IL-10的明显表达和促炎因子之间互相抑制，互相作用，促使细胞因子网络维持动态平衡，从而减轻机体炎性反应同时抑制了脑缺血后机体炎性反应所引起的脑组织损伤，发挥脑保护作用。     

搏动心脏中白细胞运输的活体双光子成像

双光子活体显微术大大开阔了我们对于炎症反应调控过程中组织和器官特异性差异的理解。然而,我们对发炎心肌组织中白细胞募集的动态调节过程仍然知之甚少,很大程度上是由于运动组织成像这一技术难关。