整體3D成像應(yīng)用于可視化腦卒中后血管-神經(jīng)動態(tài)變化

腦血管疾病，尤其是缺血性中風(fēng)，是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡和殘疾的主要原因之一。中風(fēng)的發(fā)生通常與腦血管的阻塞有關(guān)，這會導(dǎo)致腦組織缺氧和細胞死亡。因此，深入研究腦血管結(jié)構(gòu)和神經(jīng)變化對于理解中風(fēng)等腦部疾病的病理機制至關(guān)重要。傳統(tǒng)的組織學(xué)方法由于會破壞組織的三維結(jié)構(gòu)，限制了對腦血管網(wǎng)絡(luò)的精確分析。而組織光學(xué)透明化技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這一難題提供了新的途徑。研究通過應(yīng)用組織透明化技術(shù)，結(jié)合光片和共聚焦顯微鏡，成功獲取了大鼠腦血管的高分辨率三維圖像，為腦血管疾病的研究提供了新的視角和方法。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
中風(fēng)是導(dǎo)致死亡和殘疾的主要原因之一，其中約88%的病例是由腦血管阻塞引起的缺血性中風(fēng)。由于大腦中動脈是中風(fēng)的常見部位，因此中動脈閉塞（MCAO）模型被廣泛用作研究局灶性腦缺血的標準動物模型。以往的研究主要集中在神經(jīng)元丟失、神經(jīng)損傷級聯(lián)反應(yīng)、神經(jīng)細胞拯救以及缺血性腦損傷后的神經(jīng)元重組等方面。然而，由于大腦血液供應(yīng)的減少會導(dǎo)致腦損傷，

因此近年來研究重點逐漸轉(zhuǎn)向量化腦血管系統(tǒng)的血管參數(shù)。現(xiàn)有的物理切割工具和成像技術(shù)，如磁共振成像，在解析血管組織和血管系統(tǒng)可塑性方面存在局限性。組織透明化技術(shù)結(jié)合先進的光學(xué)成像設(shè)備和分析程序，能夠識別生物信息的三維環(huán)境，為研究腦血管系統(tǒng)提供了新的可能性。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
實驗流程
研究創(chuàng)新性地應(yīng)用了組織透明化技術(shù)，結(jié)合光片和共聚焦顯微鏡，對大鼠腦血管進行高分辨率三維成像。通過將熒光番茄凝集素直接注入大鼠心臟進行血管染色，研究人員在大鼠腦部厚切片中重建了三維血管結(jié)構(gòu)。隨后，利用三維渲染和血管擬合絲模型進行分析。

成像顯示分析
結(jié)果顯示，與非缺血區(qū)域相比，缺血區(qū)域的血管直徑和密度顯著減少。此外，通過免疫染色0.5毫米厚的腦切片，研究人員發(fā)現(xiàn)同側(cè)區(qū)域神經(jīng)元丟失顯著，星形膠質(zhì)細胞熒光強度增加。這些方法不僅能夠更準確地分析腦血管系統(tǒng)和神經(jīng)變化，還能拓寬研究范圍，為各種腦部疾病的研究提供有力工具。

成像實驗與結(jié)果分析
三維血管網(wǎng)絡(luò)量化分析
在實驗中，研究人員對大鼠進行了中動脈閉塞手術(shù)，模擬人類中風(fēng)模型。24小時后，通過組織透明化技術(shù)和光片顯微鏡對腦組織進行成像。結(jié)果顯示，缺血區(qū)域的血管密度和直徑顯著降低，神經(jīng)元數(shù)量減少，星形膠質(zhì)細胞活性增強。通過三維重建和定量分析，研究人員能夠精確測量血管參數(shù)和神經(jīng)元變化。例如，在缺血區(qū)域，血管長度和直徑均顯著減少，尤其是直徑小于15微米的微血管受損更為嚴重。

總結(jié)與展望
研究通過組織透明化技術(shù)結(jié)合光片和共聚焦顯微鏡，成功實現(xiàn)了對大鼠腦血管和神經(jīng)變化的三維可視化和定量分析。這一技術(shù)突破了傳統(tǒng)方法的局限，為腦血管疾病的研究提供了新的視角和方法。未來，隨著技術(shù)的進一步優(yōu)化和應(yīng)用范圍的擴大，組織透明化技術(shù)有望在更多類型的腦部疾病研究中發(fā)揮重要作用，為揭示疾病機制、開發(fā)新的治療方法提供有力支持。

DOI:org/10.1038/s41598-022-19575-w.