Theranostics：组织透明微血管“导航”成像技术突破脑卒中诊断瓶颈
2025-06-17 来源:本站 点击次数:128华中科技大学朱丹团队在《Theranostics》（2023年第13卷第1期）发表研究，开发了一种基于双荧光标记和组织透明化的三维微血管成像技术。通过在小鼠缺血再灌注模型中注射两种不同颜色的番茄凝集素（分别标记所有血管和功能性血管），结合iDISCO+组织透明化技术和光学成像，首次实现了缺血后微血管阻塞的三维可视化。研究发现，微血管阻塞随时间逐渐加重，同时涉及小动脉和毛细血管，其中毛细血管阻塞与管腔狭窄及中性粒细胞滞留密切相关，且中性粒细胞主要通过加剧管腔狭窄而非直接栓塞导致阻塞。
重要发现
01双荧光标记策略：精准定位阻塞血管
传统方法难以区分“存在但不流通”的血管与“正常流通”的血管。朱丹团队设计了一种“时间差”标记法：
红色凝集素：在缺血前注射，标记所有存活的血管（无论后续是否通畅）；
绿色凝集素：在再灌注后注射，仅标记仍有血流通过的功能性血管。
原理：若某段血管仅显红色，说明其在缺血后阻塞，无法让绿色凝集素流过——这便是“微血管阻塞”的直接证据。通过这种方法，研究团队在小鼠大脑中清晰识别出仅含红色信号的阻塞血管，主要分布在纹状体（比皮层更严重），证实了缺血核心区的微血管损伤差异。
02iDISCO+组织透明化：从“混沌脑块”到“透明标本”大脑组织本身不透明，传统切片成像仅能获取二维信息，且易遗漏深层结构。研究团队对比了多种透明化技术（如CUBIC、PACT、uDISCO等），最终选择iDISCO+，因其能最大程度保留荧光信号、维持组织形态，且透明速度快。
流程：固定后的脑组织经甲醇脱水、过氧化氢漂白、二氯甲烷脱脂，最终浸泡在二苄醚（是一种用于组织光学透明化处理的溶剂）中，变得近乎透明。
效果：结合共聚焦显微镜或光片显微镜，可对1毫米厚的脑块或全脑进行三维成像，清晰呈现皮层和纹状体的血管网络，甚至能分辨直径仅数微米的毛细血管。
03三维成像揭示阻塞动态：从“局部卡顿”到“全局瘫痪”
通过对不同再灌注时间（0.5小时、2小时、6小时）的小鼠大脑成像，发现：
阻塞范围随时间扩大：从下游毛细血管逐渐向上游小动脉蔓延，6小时时阻塞血管体积较0.5小时增加近3倍；
阻塞位置多样化：不仅发生在有平滑肌细胞标记（αSMA抗体）的小动脉，也出现在无平滑肌的毛细血管，且毛细血管阻塞处的管腔直径显著缩小。
04中性粒细胞的“帮凶”角色：挤窄血管而非堵死通道以往研究认为中性粒细胞像“塞子”一样直接栓塞毛细血管，但朱丹团队的三维成像发现：
多数阻塞点无中性粒细胞：在78个阻塞点中，56个未见中性粒细胞，说明栓塞并非主要机制；
中性粒细胞加剧管腔狭窄：在有中性粒细胞的阻塞点，细胞被压缩成“爪状”，紧贴狭窄的血管壁，且周围血管壁细胞（如周细胞）的细胞核呈现收缩形态。进一步实验显示，用抗体清除中性粒细胞后，毛细血管直径恢复正常，阻塞程度显著减轻。
用抗Ly6G抗体治疗后I/R后缺血核心和脑微循环中中性粒细胞的微血管阻塞减少
血管直径的量化
创新与亮点
01从“平面”到“立体”：破解脑深部成像难题传统光学显微镜只能观察皮层表面血管，而临床中风患者的深部核团（如纹状体）常受累更重。本研究通过iDISCO+透明化和全脑三维成像，首次实现了对大脑深层微血管的系统性分析，发现纹状体阻塞程度是皮层的2倍以上，为解释临床“大血管通而深部组织仍梗死”提供了直接证据。
02从“静态”到“动态关联”：细胞-血管互作一目了然
结合免疫标记（如αSMA区分动脉/毛细血管、Ly6G标记中性粒细胞）和三维重建，研究团队能精准定位阻塞点与细胞的关系。例如，通过叠加血管（红/绿）、中性粒细胞（紫）和细胞核（蓝）的信号，清晰看到中性粒细胞如何卡在狭窄的毛细血管中，以及周细胞收缩如何“掐窄”血管——这种“空间关联分析”是传统二维切片无法实现的。
03从“现象描述”到“机制突破”：重新定义中性粒细胞作用
该研究推翻了“中性粒细胞主要通过栓塞导致无复流”的传统观点，证实其核心危害是通过释放活性氧等物质，加剧周细胞收缩和血管狭窄。这为靶向治疗提供了新方向：相比“清除中性粒细胞”，“抑制周细胞收缩”或“改善血管弹性”可能更有效。
总结与展望
朱丹团队的这项研究，通过“双标记+透明化+三维成像”的组合拳，为缺血性中风的微血管研究打开了新视野。其核心价值不仅在于揭示了“血管狭窄+中性粒细胞协同致病”的机制，更在于提供了一套可重复、可量化的技术平台——未来可用于：
药物研发：快速评估抗狭窄或抗中性粒细胞药物对微血管的改善效果；
基础研究：解析其他神经疾病（如阿尔茨海默病）中的微血管异常；
临床转化：结合荧光分子成像技术，探索活体三维微血管成像的可能性。
当然，目前该技术仍需优化（如缩短透明化时间、提升单细胞分辨率），且小鼠模型与人类中风的差异需进一步验证。但毫无疑问，这种“眼见为实”的三维成像策略，正在改写我们对大脑微观世界的认知。随着技术迭代，或许有一天，医生能通过无创三维成像实时监测患者的微血管状态，让“无复流”不再成为中风治疗的“盲区”。
论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Li Y, Xu J, Yu T, Zhu J, Xuan A, Liu X, Wang P, Li D, Zhu D. A labeling strategy for the three-dimensional recognition and analysis of microvascular obstruction in ischemic stroke. Theranostics. 2023 Jan 1;13(1):403-416.
DOI:10.7150/thno.76879.