本项重要研究由Seongwook Choi, Jiwoong Kim, Hyunseo Jeon等作者共同完成，研究成果以论文 《Photoacoustic computed tomography monitors cerebrospinal fluid dynamics and glymphatic function》的形式，于 2026年2月在顶级学术期刊 《Nature Communications》上正式发表。

重要发现
本研究系统性地证明了光声计算机断层扫描作为一种新型生物医学成像平台，在监测脑脊液动力学与类淋巴功能方面的巨大潜力。其核心贡献在于，首次利用PACT技术，以吲哚菁绿作为示踪剂，实现了对活体小鼠从脊髓到大脑的脑脊液运输路径的三维可视化、实时动态追踪以及长期清除能力的定量评估。

本研究采用的PACT系统具备各向同性380微米的空间分辨率，并利用可调谐光学参量振荡器激光器进行多波长（756, 780, 796, 900纳米）照明。通过对获取的多光谱数据进行基于非负矩阵分解的盲源分离算法处理，可以有效地从复杂的背景信号（如血红蛋白、脂质、水）中精确提取出外源性示踪剂吲哚菁绿的特异性信号，从而实现对目标分子的精准追踪。

为验证PACT观测结果的可靠性，研究同步进行了活体荧光成像。结果显示，荧光信号在脊髓和小脑延髓池区域的强度变化趋势与PACT信号高度一致：均在注射后30分钟达到峰值，24小时后显著降低。这双重验证证实了PACT在活体、全脑尺度上追踪脑脊液示踪剂时空分布的能力是准确且可靠的。

实时成像数据显示，使用氯胺酮/甲苯噻嗪麻醉的小鼠，其小脑延髓池区域的吲哚菁绿信号在注射开始后5分钟即出现显著增强，且增强幅度远高于异氟烷麻醉组。定量分析表明，30分钟后，氯胺酮/甲苯噻嗪组的信号增量是异氟烷组的约两倍。这一发现与先前研究认为氯胺酮/甲苯噻嗪能促进更高强度脑脊液流动的结论相符，有力证明了PACT能够动态、灵敏地反映不同生理或药理条件下脑脊液动力学的即时变化。

结果显示，在注射96小时后，野生型小鼠脑内（纹状体区域）的吲哚菁绿PACT信号几乎完全消失，表明其清除系统工作正常。然而，在阿尔茨海默病模型小鼠中，示踪剂信号在96小时后仍保持在高位，与注射后1小时的水平相近，清除率显著受损。随后的离体脑组织荧光成像也验证了这一差异，阿尔茨海默病组脑内的荧光信号残留显著高于野生型组。这一实验证明，PACT能够从形态和定量两个层面，有效评估大脑实质的废物清除功能，为研究神经退行性疾病中类淋巴系统功能障碍提供了直观的工具。

创新与亮点
本研究的核心突破在于，它成功地将光声计算机断层扫描这一前沿成像技术，应用于脑脊液-类淋巴系统这一生命科学热点领域，解决了传统成像手段长期存在的关键瓶颈。

首先，PACT技术成功克服了传统脑脊液成像的三大核心难题。荧光成像虽灵敏度高，但缺乏深度信息和三维定量能力；磁共振成像虽能提供高分辨率三维结构，但成像速度慢、成本高，难以捕捉快速动态过程；正电子发射断层扫描依赖放射性示踪剂，且解剖背景信息模糊。相比之下，PACT首次实现了高时空分辨率、无辐射、兼具三维解剖信息与分子特异性的活体全脑成像，能够长时间、实时地追踪脑脊液及其中示踪剂的动态运输。

其次，本研究提出并验证了一套基于PACT和多光谱盲分离的完整活体评估方案。这不仅包括对正常生理状态下脑脊液基础路径的可视化，更拓展至对麻醉剂干预和疾病模型下功能变化的动态监测与定量分析。该方案将宏观的全脑扫描与微观的分子信号提取相结合，通过数据驱动的算法从复杂生物背景中精准分离出目标信号，从而实现了对脑脊液动力学从“看到”到“看清”、“测准”的跨越。

最后，这项技术在光学生物医疗领域展现了明确而巨大的应用价值。在科研层面，它为神经科学、药理学和脑疾病研究提供了一个强大的平台，可用于实时观察药物对脑脊液循环的影响、精准评估神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）模型中的类淋巴功能障碍，从而加速相关机制研究和疗法开发。在临床转化层面，PACT技术已获得美国FDA批准用于部分人体成像（如淋巴管），其非侵入性、无辐射、可提供丰富功能信息的特点，使其未来有望发展成为一种新型的、用于评估人脑类淋巴系统健康和疾病状态的影像学工具，为早期诊断和疗效监测带来新希望。

总结与展望
综上所述，本研究确立了光声计算机断层扫描作为一种革命性成像平台的地位，它能够无创、实时、三维地监测活体动物的脑脊液动力学与类淋巴功能。通过从全脑路径可视化、实时动态分析到疾病模型长期评估的一系列实验，研究不仅验证了技术的可行性，更揭示了其在揭示麻醉影响脑脊液流动、量化阿尔茨海默病模型废物清除障碍等方面的独特价值。

展望未来，PACT技术在脑脊液研究领域仍有提升空间。例如，其对示踪剂的分子灵敏度尚需进一步提高，以更清晰地显示脑膜淋巴管和深部淋巴结等精细结构；多光谱分离算法有待优化，以在信号较弱时也能实现精准提取。未来的研究可致力于开发更高灵敏度的PACT专用对比剂、改进图像处理算法，并结合深度学习等技术提升成像性能。随着这些技术的完善，PACT有望在理解大脑“清洁系统”的奥秘、探索神经系统疾病的新机制与新疗法中发挥更为关键的作用。

DOI:10.1038/s41467-026-69390-4.